保护层开采中关键层的确定

2013-11-03 09:12:15汪师逵王恩营杜琳玮马一思
黑龙江科技大学学报 2013年4期
关键词:硬岩判别式覆岩

汪师逵, 王恩营, 杜琳玮, 张 飞, 马一思

(河南理工大学 资源环境学院, 河南 焦作 454000)



保护层开采中关键层的确定

汪师逵,王恩营,杜琳玮,张飞,马一思

(河南理工大学 资源环境学院, 河南 焦作 454000)

太原组; 保护层; 关键层

0 引 言

开采保护层是区域防治煤与瓦斯突出最为有效的措施。针对保护层的防突机理,前人已开展了大量的研究,其主要作用是能够使被保护层卸压,透气性大幅度增加,有利于瓦斯抽采[1-3]。但保护层开采的保护效果受多种因素影响,各因素的作用大小不同,目前仍处于探讨阶段。一些学者将“覆岩三带”理论和“关键层”理论等一些经典理论引入保护层开采,这对进一步完善保护层开采的防突机理和在实践中应用是有益的[4-5]。

1 保护层开采效果评价

2 关键层确定

(1)确定覆岩中的坚硬岩层。判别式:

(1)

式中:Ei——第i层岩层的弹性模量,GPa;

hi——第i层岩层的厚度,m;

γi——第i层岩层的容重,kN/m3。

判别准则:从下向上,将每层岩层的物理力学参数带入判别式进行计算。当满足判别式(1)时,则第m+1层为第1层硬岩。此后从第m+2岩层重新开始进行判别式计算,依次循环。

图1 硬岩层及关键层判别结果

(2)计算各硬岩层的破断距。计算公式:

(2)

式中:lk——第k层硬岩层的破断距,m;

hk——第k层硬岩层的厚度,m;

σk——第k层硬岩层的抗拉强度,MPa;

pk——第k层硬岩层承受的载荷,MPa。

而pk可按式(3)确定:

(3)

式中:mk——第k层硬岩层控制的软岩层数;

k——第k层硬岩层;

j——第k层硬岩层所控制软岩层组的分层号;当j=0时,即为硬岩层的力学参数。

将各岩层的岩石力学参数代入破断距计算式(2),得出了3层硬岩的破断距(图1)。

(3)确定主关键层和亚关键层。确定的原则是:

(i)若第k层硬岩层为关键层,其破断距应小于其上部所有硬岩层的破断距,即满足:lk

(ii)若第k层硬岩层破断距lk大于其上方第k+1层硬岩层破断距,则将第k+1层硬岩层承受的载荷加到第k层硬岩层上,重新计算lk。若重新计算的第k层硬岩层的破断距小于第k+1层硬岩层的破断距,则取lk=lk+1,说明此时第k层硬岩层破断受控于第k+1层硬岩层,即第k+1层硬岩层破断前,第k层硬岩层不破断,一旦第k+1层硬岩破断,其载荷作用于第k层硬岩上,导致第k层硬岩随之破断。

(iii)从最下一层硬岩层开始逐层往上判别lklk+1时重新计算第k层硬岩层破断距。

计算结果见图1。其中,第三层细粒砂岩为主关键层,第一层硬岩为亚关键层,第一、二层硬岩同步破断。

根据分析,当保护层覆岩存在硬岩层时,其对保护层卸压效果的影响具有两面性。若坚硬岩层巨厚且较难破断,则其在保护层上方将起到托板作用,阻止卸压向上发展;若坚硬岩层随采动发生强烈破断,托板的支撑效应将不复存在。

3 结 论

(3)鉴于不同煤层顶板岩层结构差异较大,因此,在确定保护层的卸压效果时,要根据各矿井实际情况,具体问题具体分析。

[1]方昌才. 保护层开采上覆煤岩变形移动及瓦斯抽采效果[J]. 安徽理工大学学报: 自然科学版, 2012, 32(2): 35-40.

[2]常先隐. 远距离下保护层开采瓦斯治理效果分析[J]. 矿业科学技术, 2011, 39(2): 32-34.

[3]王福厚, 张军远. 远距离下保护层开采工作面瓦斯治理技术[J]. 煤炭科学技术, 2008, 36(9): 33-37.

[4]薛俊华, 余国锋. 远距离卸压开采关键层位置效应初探[J]. 安徽建筑工业学院学报: 自然科学版, 2008, 16(3): 29-33.

[5]南建革, 李青松, 覃木广. 保护层开采顶板走向钻孔抽放设计方案[J]. 煤矿开采, 2007, 12(5): 80-83.

[6]钱鸣高, 缪协兴, 许家林, 等. 岩层控制的关键层理论[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2000.

[7]苑学海, 吕亚伟, 葛晓丹, 等. 峙峰山煤矿15#煤层薄板力学模型的建立与计算分析[J]. 煤炭工程, 2012(5): 93-95.

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(编辑王冬)

Ascertainment and significance of key stratum to protective seam mining

WANGShikui,WANGEnying,DULinwei,ZHANGFei,MAYisi

(Institute of Resources & Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, China)

Taiyuan formation; protective seam; key stratum

2013-05-30

中国煤炭工业协会科学技术研究指导性计划项目(MTKJ2009-295;MTKJ2009-296); 河南省教育厅自然科学研究计划项目(2009B62002)

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.021

TD322

1671-0118(2013)04-0398-03

A

汪师逵(1988-),男,河南省漯河人,硕士,研究方向:矿井瓦斯地质与防治,E-mail:904689711@qq.com。

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