厚煤层综放开采顶煤分区破坏特征研究

顶煤破坏机理是综放开采的一个基本理论问题,研究顶煤渐进破坏过程可为冒放性准确判别奠定基础。为提高顶煤冒放性预测精度,采用理论分析、数值计算和现场实测等手段对山西新柳煤矿顶煤分区破碎特征进行了研究。将液压支架简化为恒刚度弹簧建立顶煤力学模型,借助Ritz法和最小势能原理得到了工作面前方和控顶区上方顶煤位移场和应力场,分析了考虑初始地应力和开挖卸荷效应的采动应力分布特征;定义顶煤破坏危险性系数为应力圆半径同圆心至强度曲线垂直距离之差,实现顶煤破坏危险程度的定量表征;根据破坏面上正应力大小将剪切破坏划分为压剪和拉剪2种形式,推导出2种剪切破坏模式之间的过渡条件;以顶煤破坏危险性系数k=0等值线、水平应力σ_(h)=σ_(ts)等值线和控顶区上方抛物线形拉剪破坏边界线为界,将顶煤划分为弹性状态→压剪破坏→拉剪破坏→拉伸破坏4个阶段;对综放开采顶煤渐进破坏过程进行了模拟分析,借助FISH语言对顶煤破碎分区进行提取,模拟结果同理论结果较为吻合,但控顶区上方顶煤漏斗形拉剪破坏区同拉伸破坏区之间存在一条狭窄的剪切-拉伸混合破坏带;最后对顶煤裂隙发育特征进行了实测,煤壁前方为闭合型剪切裂隙,煤壁后方为张开型拉伸裂隙,与理论分析所得顶煤分区破碎特征吻合,验证了顶煤分区破坏模型的准确性。