浅埋煤层顶板岩层结构的非稳定性态分析

摘要

根据浅埋煤层单一关键层长壁开采时工作面剧烈的矿压显现，在总结、分析前人研究的基础上，对浅埋煤层顶板破断运动基本规律、结构特征、结构稳定性的影响因素、采高与顶板稳定性的关系进行了探讨。应用力学相关原理，并结合物理相似模拟试验对顶板的初次及周期破断机理和破断步距进行分析。通过理论计算和数值模拟相结合的方法重点对顶板周期破断步距进行预测，并结合现场实测结果确定预测的可靠性。由顶板关键层初次破断后所形成结构的不平衡性和运动特征，用初始后屈曲理论探讨了开采过程中顶板关键层后屈曲性态并进行了分析，确定了其运动形态是由顶板破断后的极限下沉量和非平衡状态下岩块间的水平推力决定，研究发现顶板初次破断后岩块可以出现三种运动形式：其一为沿煤壁切落发生台阶下沉；其二为回转失稳；其三为断裂下沉触矸后发生逆向回转并最终导致台阶下沉，并给出了发生相应运动形态的判据。采高是影响顶板结构稳定性的重要因素之一，在顶板岩层稳定状态下分别对有、无支护条件下采场的开采高度进行了分析。结果表明，无支护时需重点控制岩块的滑落失稳，开采高度应由顶板破断后的断裂下沉量确定；有支护时需重点控制岩块的回转失稳，开采高度应由岩块的最大回转角确定。文章的研究工作对进一步探讨浅埋煤层采场矿压控制理论、采场支护理论提供了一定的依据。