綜合機(jī)械化固體充填采煤礦壓控制原理與支架受力分析

1、綜合機(jī)械化固體充填采煤礦壓控制原理與支架受力分析 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第93 卷 第6 期 6 .9o3N .l oV 年 月0102 11 l an r uo J af notiih sC r ev i nU ynf io n iMo l onghc e&T yg 0102.voN 綜合機(jī)械化固體充填采煤礦壓控制原理與支架受力分析繆協(xié)興( 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇徐州 )8001 22: ( ) 、 、 “ ”摘要 綜合機(jī)械化固體 廢棄物 充填采煤技術(shù)能用于低成本 安全 高效回收 三下 壓煤和煤柱資源, 具有提高煤炭資源回收率, 循環(huán)利用礦區(qū)固體廢棄物,

2、保護(hù)礦區(qū)土地、 水資源和環(huán)境等優(yōu)點(diǎn) 在簡(jiǎn)述固體充填采煤方法及其巖層控制效果的基礎(chǔ)上, 重點(diǎn)比較了該方法與一般長(zhǎng)壁綜采在.采場(chǎng)礦壓控制原理和支架設(shè)計(jì)理念等方面的顯著差異; 進(jìn)一步完善了用于分析巖層移動(dòng)和地表; ,沉陷等規(guī)律的固體充填采煤的等價(jià)采高礦壓模型 基于提出的固體充填采煤液壓支架設(shè)計(jì)理念,給出了用于分析支架主動(dòng)加載對(duì)頂板變形移動(dòng)控制的采場(chǎng)礦山壓力力學(xué)模型 根據(jù)半無(wú)限平面上作用集中力的經(jīng)典彈性力學(xué) 解,推導(dǎo)得到了計(jì)算支架主動(dòng)力作用引起的采場(chǎng)頂板變t nama lF形位移曲線的解析解, 對(duì)完善固體充填采煤基礎(chǔ)理論起到了一定的推進(jìn)作用.: ; ; ;關(guān)鍵詞 綜合機(jī)械化固體充填 固體充填采煤 六柱

3、支撐式液壓支架 礦壓模型: : : ( )中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號(hào)DT 32 8 A 0001 469-1 0102 60597-0 7-0i cn i rP e l froednU dnuoerrus s e rP l o r t noC nldielzuFi nahc eMp g y -l aoCn i n iM h t iwd i l noSi l l i F dnae c r oF l anA s i s nf io n iM uS t r o g g y g pp OAIM e iX n i x - g( ,e t a t S r o t eaKr obaL s c i na

4、rhocfemo e G e e&D r ednU dnuo r n i r nEe en iy y p g g g, , , )antiihsC r ev i nU ynf io n iMo l onghc e&T yugohz uX na i J 8gu0s012 2 an i hC : ( )t c a r t s bA ehTl aocn i n ioml onhc e t lfdeolzuif nahc em d i lnoisl l i f er ot snawi l l i f na c eb g yg y - g g ,de su r evootc e r e

5、cerhutos e r efeorh t r ednu dnuo r l aoc dna eh tl aocr a l l i hc i hw neaccnahne g p ,t ne i c iehftf eo c f loaroe cvoc e rl r a l ucyr i c e z i l iyt u ehd ti l o s e t s aw nn ii n i m a egr a dn tac e t op r eh t ,dencarluos e r r e teacwruos e r nO.dtn naemneoh rti vn e eh sti s a b l ffe o

6、in ri bb i r c syed egh tl ao c ,n i n im dohgt em lfd eolzu if nahyc -em d i lno isl l i f dgnas ts ct eif f e n oaeht ntairlt lso r t no c geh t e r - e l baksreacmne r e f f i d n ieh ti cn i r s e l rfeodnu dnuo re rus s e r l o r t noc dnan i n im usr e t r o ed p p g p g pp -inse ewtneb s i h

7、tdoh t em rdannai dr o no ldelzliawnahc em n i n im doh t em e r a moechT.de r ag y g g pr ednu dnuo re rus s e r l ed om h t ti wne l a ve i u n i n i m i eh t hd if olno isl l i f hc i hw s die s u o tan a -g p q g g g ley zeh t wa la tfa or t s n i v om edgcnaaf reu csned i sbu s dess iaBm .dievo

8、p r n oeh t op rdepso u s p - ,r e t pr o i s e dde z ig nnfa ohc e m n i n i m h tg idwi lno isl l i f cgeihntahc e m l ed om rf eodn u dnuogr s ep r - e rus t ah t sdie su oltana e zneoh tiftoaomrr o f ed de cudn i ev i t abeihtt i n i n i dao l f o usr e t r o s i y y g pp n i dr oc cA.dehs i l b

9、a t s e o tethntama lF no i t u lsos de t a r tfnoe canoc e c r o f tectai nniof n i f l ahg :收稿日期0102 50 81- -基金項(xiàng)目: 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃( ) 項(xiàng)目( ;) 江蘇省創(chuàng)新學(xué)者攀登項(xiàng)目( ;) 國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)379004902BC7002 KB項(xiàng)目( )作者簡(jiǎn)介: 繆協(xié)興( ,) 男, 江蘇省江陰市人, 教授, 博士生導(dǎo)師, 工學(xué)博士, 國(guó)家“ 計(jì)劃” 項(xiàng)目首席科學(xué)家, 從事采礦工程等方面9591 379-的研究.: :l Ei amoa imxnxc .ude .tmu

10、c l eT 6150- -書書書83995518508340042008007中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 卷 937 9 6,ena l eh tl an la ancoiitt u l o s t ah ett anla ucc l a c eh ttsnie mde c a l ev ru c nofi fotooa mrr o f e d n i -p y pde cud beeyhvti t c a e c r o fded i v op r beyh t u srsepipthrT.oden is ait b o hc r a e s e r kr ow s a h m i pr o -

11、 t na t nmii l l eno i t c a no mnii vo r ehcti s ab r oeh t floaocn i n im h t idw i lnoisl l i f . p g p g y g g: ; ; ;eKs d r ow ldelzuif nahc em d i lnoisl l i f d i lnoisl l i f n i n im xsinmsu l oc c i l uha r d us t r oy y - g g g y ppr ednu dnuogre rus s ep r l ed om國(guó)際上開展充填采煤方法研究已有上百年歷 充填固體

12、由于自重從刮板式充填輸送機(jī)卸料孔中 1 -3, , (史了 我國(guó)開展這方面研究也有近 年了 國(guó) 落入掩護(hù)后頂梁的掩護(hù)空間內(nèi) 再加夯實(shí)機(jī) 輔助06 .、 、 、 ) ,內(nèi)外在廢石充填礦房 水沙充填 膏體充填 矸石充 動(dòng)力 將充填體向采空區(qū)壓實(shí) 實(shí)現(xiàn)固體密實(shí)充填. 4 -7填等技術(shù)研究方面取得了一定的進(jìn)展 , 也有工,業(yè)性試驗(yàn)成功的例子 然而 鑒于煤炭工業(yè)生產(chǎn)的.,現(xiàn)實(shí)條件限制 任何一種具有應(yīng)用價(jià)值的采煤方法和技術(shù)必須具備低成本、 安全性、 高產(chǎn)量、 高效益等優(yōu)點(diǎn), 綜合機(jī)械化固體充填采煤方法和技術(shù)是為適應(yīng)這些現(xiàn)實(shí)條件需求而有針對(duì)性地研究開發(fā)出來(lái),的創(chuàng)新成果 本文在對(duì)比分析綜采方法的基礎(chǔ)上.研究固

13、體充填采煤的采場(chǎng)礦壓控制原理, 提出充填,采煤液壓支架的設(shè)計(jì)理念 并分析支架的受力特點(diǎn)和對(duì)頂板的控制作用機(jī)理.綜合機(jī)械化固體充填采煤方法1綜合機(jī)械化固體充填采煤方法是綜合機(jī)械化,采煤和綜合機(jī)械化固體充填兩種方法的有機(jī)合成綜合機(jī)械化采煤方法與傳統(tǒng)綜采方法相一致, 而綜圖 綜合機(jī)械化固體充填采煤的工作面布置方式1 合機(jī)械化固體充填方法是我國(guó)具有完全自主知識(shí)e ciaFf k1r.oW na r r a t neme dlfeolzuifnahc emg g y -產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果 下面簡(jiǎn)述有關(guān)綜合機(jī)械化固體充. d i l onsi l i f n i gn i m g填采煤技術(shù)的原理、 裝備和巖層

14、控制效果.固體充填采煤的四代液壓支架2 .1綜合機(jī)械化固體充填采煤原理1 .1通過對(duì)固體充填采煤方法和技術(shù)的深入的理綜合機(jī)械化固體充填采煤方法的工作面布置論和實(shí)踐研究, 至今, 綜合機(jī)械化固體充填采煤液( ) ,方式 見圖 與傳統(tǒng)綜采工作面布置基本相同 其1(壓支架已經(jīng)歷了第一代到第四代的設(shè)計(jì)演變 見中巧妙地在采煤工作面的后部, 即在采空區(qū)一側(cè)布)圖2 .置充填作業(yè)面, 再在工作面進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置一條固體,當(dāng)初 由于受綜合機(jī)械化固體充填采煤第一次,充填物料的運(yùn)輸皮帶 將固體充填物輸送至充填刮工業(yè)性試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入的限制, 第一代液壓支架是用板輸送機(jī)上 在這種工作面布置方式中, 可實(shí)現(xiàn)充.退役的舊綜采支

15、架改造而成, 但工業(yè)性實(shí)驗(yàn)也取得填與采煤在同一工作面系統(tǒng)中并行作業(yè).了預(yù)期的效果 從圖 中可以看到, 第一代液壓支. a2實(shí)現(xiàn)在同一工作面系統(tǒng)中充填與采煤兩項(xiàng)作,架是反四連桿四柱支撐式 它與其它三代的顯著區(qū)業(yè)并舉的核心裝備是綜合機(jī)械化固體充填采煤液別在于沒有對(duì)充填體的主動(dòng)夯實(shí)系統(tǒng).壓支架( 見圖 ) 我們知道, 實(shí)現(xiàn)固體物直接充填d2 .,從圖 中可以看到 第二代液壓支架是針對(duì)b2的 大要點(diǎn)是空間、 通道與動(dòng)力, 而在這種工作面3固體充填開采專門設(shè)計(jì)的新型支架, 增設(shè)了主動(dòng)夯: )布置系統(tǒng)中就可完成 圖 中液壓支架與傳統(tǒng)1 d2實(shí)系統(tǒng), 在實(shí)踐中取得了良好的效果, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)采,綜采支架比較 拆

16、除了傳統(tǒng)綜采液壓支架的掩護(hù)尾空區(qū)的密實(shí)充填, 充實(shí)率可達(dá) 但由于支架后%.59梁, 代以水平后頂梁, 可將固體物直接充入水平后頂梁與支架主體部分僅用支撐角度很小的液壓油, ; )頂梁掩護(hù)的空間內(nèi) 而不是采空區(qū)內(nèi) 由皮帶輸2( ) ,缸 千斤頂 支撐 缺少足夠的支架強(qiáng)度來(lái)控制后頂送機(jī)將充填固體運(yùn)至掛在掩護(hù)后頂梁下面的刮板梁上方頂板的下沉.式充填輸送機(jī),形成充填固體的連續(xù)輸送通道; )3從圖 中可以看到, 第三代液壓支架是試圖c2第 期 繆協(xié)興: 綜合機(jī)械化固體充填采煤礦壓控制原理與支架受力分析6 7 9 7來(lái)克服前兩代支架對(duì)后部頂梁支撐強(qiáng)度不足而專 從圖 中可以看到, 第四代液壓支架為正四d2,

17、 ,門設(shè)計(jì)的 但在使用過程中很難克服后部頂梁的平 連桿六柱支撐式 它克服了前三代液壓支架所存在衡控制以及后立柱與夯實(shí)系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)矛盾, 因 的缺點(diǎn), 而匯集了前三代的優(yōu)點(diǎn), 被我們確定為固而在樣機(jī)試驗(yàn)后沒有投入工業(yè)性應(yīng)用 體充填采煤的基本定形架型. .圖 綜合機(jī)械化固體充填采煤的四代液壓支架2 i F rg2uo.Fsno i t a r e gne cfi ol u ha yr d u s ptp r o r o dlfelzu ifnahyc -em d i l o nsi l i f n i gn im g 固體充填采煤的巖層控制效果 如圖 所示3 .1 3 .,我們知道 開發(fā)固體充填

18、采煤的主要目標(biāo)是實(shí)施對(duì)采動(dòng)覆巖的有效控制, 因此, 綜合機(jī)械化固體充填采煤的巖層控制效果是衡量其技術(shù)成敗的主要指標(biāo) 下面是用第二代固體充填支架裝備的某礦.區(qū) 充填工作面巖層移動(dòng)控制實(shí)測(cè)情況6067 .固體充填采煤工作面傾斜長(zhǎng)度為 ,6067 0m5圖 回風(fēng)大巷與 工作面相對(duì)位置及測(cè)點(diǎn)布置3 6067#ev iitFag3l e.R no i t i ps o n rfu ot e r awr i a dyna 606 7 走向長(zhǎng)度為 所采煤層為 煤, 屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)0.m64 2e c a f k r ow dn an ieh rtus a em tgn ip noa r r a t negme

19、, , ,煤層 煤層平均傾角 煤層平均厚度為° 9 9m7 .5西翼回風(fēng)大巷底板下沉量隨充填采煤012-、平均埋深為 工作面正上方 距切眼水0.m23 0m4工作面推進(jìn)變化情況如圖 所示4 .平距離 位置處為該礦 西翼回風(fēng)大巷,8m3 012-圖 回風(fēng)大巷底板隨工作面推進(jìn)下沉曲線4 i F f4oo.eRcned i sbus ev r uc h t iw e echatf k r ow n i cnavdag g: ) , ;由圖 可知 隨著工作面的推進(jìn) 在工作面 其在工作面中部表現(xiàn)明顯 隨著工作面繼續(xù)往前推4 1推到回風(fēng)大巷水平距離約 處, 各觀測(cè)點(diǎn)開始 進(jìn), 大巷也持續(xù)下沉,

20、直到工作面推過 時(shí),1m1 5m01下沉, 但下沉量很小, 最大下沉量為 ; 當(dāng)工 大巷底板最大下沉點(diǎn)位于工作面正上方中部的1mm1 51, , , )作面推過大巷約 時(shí) 觀測(cè)點(diǎn)開始明顯下沉 尤 號(hào)觀測(cè)點(diǎn) 下沉量達(dá)到 沿著回風(fēng)大巷6m 2 .1mm32中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 卷 937 9 8觀測(cè)線方向,下沉呈現(xiàn)下拋物線型變化, 最大值始 以看到, 由支架的前后頂梁擋住了頂板巖石的垮、 、 , ,終位于工作面中部的 號(hào) 號(hào) 測(cè)點(diǎn) 以工作 落 與綜采不同的是采空區(qū)頂板已被充填物支撐不41 51 61面中部為軸線,下沉量呈兩邊對(duì)稱發(fā)展; 工作面推 會(huì)隨采隨垮, 因而可不設(shè)掩護(hù)斜梁.過大巷 后, 號(hào)觀

21、測(cè)點(diǎn)及 號(hào)觀測(cè)點(diǎn)同時(shí) ) 掩護(hù)采煤工作面機(jī)械化作業(yè) 雖然支架還0m01 5 62 2 ., , ,出現(xiàn)明顯下沉 因此 工作面上方 巖層移動(dòng) 要具備保護(hù)采煤作業(yè)面全空間穩(wěn)定性的功能 但由0m4,影響范圍約 該回風(fēng)大巷在正下方充填開采 于沒有周期來(lái)壓等礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象 維護(hù)端面頂板和0.m01工作面推進(jìn)過后無(wú)需維修仍能正常使用, 最大下沉 煤壁穩(wěn)定已十分簡(jiǎn)單.量?jī)H為 事實(shí)證明, 該充填開采工作面的巖 ) 維護(hù)工作面風(fēng)流暢通 與綜采工作面比較,.mc32 3 .,層移動(dòng)控制效果良好 由于后頂梁成水平支撐 工作面有效通風(fēng)斷面已大.大增加, 另外, 采空區(qū)已被密實(shí)充填, 不再需要考慮綜合機(jī)械化固體充填采煤礦

22、壓控制原理2工作面漏風(fēng)等現(xiàn)象., )綜采與普采的礦壓控制原理是基本相同的 而 掩護(hù)充填作業(yè)面機(jī)械作業(yè) 對(duì)充填作業(yè)面4 ., ,固體充填采煤與傳統(tǒng)綜采礦壓控制從原理上講發(fā) 有兩項(xiàng)基本要求 一是足夠高的充填空間 即后頂生了顯著的變化 梁要求盡量保持水平角; 二是維護(hù)充填輸送機(jī)正常.綜采礦壓控制原則 工作需要讓輸送機(jī)保持平直狀態(tài), 也即架與架之間1 .2這里的礦壓控制特指為采場(chǎng)礦壓控制 關(guān)于綜 后頂梁盡可能保持在相同的傾角平面內(nèi). . 8 -9, ,采礦壓控制原則 我們可以用綜采液壓支架結(jié) 上述分析可以看到 固體充填采煤礦壓控制原構(gòu)( 見圖 ) 特點(diǎn)來(lái)說(shuō)明: 則與傳統(tǒng)綜采比較, 就維護(hù)作業(yè)面人員和機(jī)

23、械化作5) ,保護(hù)工作面生產(chǎn)人員的安全 從圖 中可 業(yè)幾何空間穩(wěn)定而言 已存在較為顯著的差別 最1 . 5 ., , ,以看到 由支架的頂梁擋住頂板巖石的垮落 而由 為根本的差別在兩種支架所承受的工作載荷上 傳支架的掩護(hù)斜梁擋住老塘矸石涌入人行通道 統(tǒng)綜采支架主要承受周期來(lái)壓而產(chǎn)生的被動(dòng)壓力,.) 掩護(hù)采煤工作面機(jī)械作業(yè) 支架要確保采 而固體充填采煤支架要主動(dòng)支撐頂板盡可能少產(chǎn)2 .煤機(jī)作業(yè)的整個(gè)煤壁以內(nèi)所包含空間的穩(wěn)定性 生下沉移動(dòng)量. .)維護(hù)工作面最小通風(fēng)斷面的穩(wěn)定性以及風(fēng) 固體充填采煤的等價(jià)采高礦壓模型3 3 .2流的暢通性 要滿足防治工作面瓦斯、 粉塵和火災(zāi) 為了能夠直接利用一般長(zhǎng)壁

24、采煤的礦壓理論., 的要求 成果 文獻(xiàn) 提出了計(jì)算固體充填采煤的礦山壓. 01) ( ) ( )抵抗工作面周期來(lái)壓的沖擊 綜合機(jī)械化 力 巷道礦壓 和巖層移動(dòng) 地表沉陷 的等價(jià)采高4 .開采比較適合長(zhǎng)壁垮落式頂板管理方式, 工作面礦 礦壓模型 所謂等價(jià)采高, 即為實(shí)際采高減去充填.壓控制的核心是要抵抗周期來(lái)壓的沖擊 因此, 支 固體壓實(shí)后的高度, 則可給出如下等價(jià)采高的數(shù)學(xué).架所承受的工作阻力有初撐力和額定工作阻力兩 表達(dá)式, ( ) , ( )種 支架所承受的大于初撐力以上的載荷是由頂板M e = M - M c + k c - k 0 M c 1活動(dòng)造成 式中: 為等價(jià)采高; 為實(shí)際采高;

25、 為充填高. M M Me c度; 為充填固體初始?jí)簩?shí)后的孔隙率; 為最后k kc 0壓實(shí)后的殘余孔隙率.以某礦 充填開采工作面為例, 實(shí)際采高6067為 , 實(shí)際充填高度為 , 初始?jí)簩?shí)孔0m7 .2 5m5 .2, ,隙率為 最終壓實(shí)孔隙率 則等價(jià)采高%5 %1 Me, ,約為 因此 對(duì)于該工作面開采 我們可等5.m2 .0價(jià)用 極薄煤層開采來(lái)預(yù)計(jì)兩巷的采動(dòng)壓圖 傳統(tǒng)綜采液壓支架結(jié)構(gòu) 5m2 .05 e r u ticFu r5t.S hc tleaknso i t ifdoa r tg 力和地表沉陷量 當(dāng)然, 也可用此采高來(lái)預(yù)計(jì)工作.dlelzuifnahc em c i l uha r

26、 d us t r oy - y pp,面支架的被動(dòng)壓力 但沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.固體充填采煤礦壓控制原則2 .2固體充填采煤采場(chǎng)礦壓與支架受力從圖 中充填開采液壓支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)說(shuō)明 3d2綜合機(jī)械化固體充填采煤礦壓控制的原則:一般固體充填采煤的巖層控制目標(biāo)要求達(dá)到)保護(hù)工作面生產(chǎn)人員的安全 從圖 中可1 . d2,采場(chǎng)覆巖不發(fā)生破斷與垮落 直接頂也要求控制在第 期 繆協(xié)興: 綜合機(jī)械化固體充填采煤礦壓控制原理與支架受力分析6 7 9 9連續(xù)下沉位移的范圍內(nèi), 因而其采場(chǎng)礦山壓力模型 有集中力的經(jīng)典彈性力學(xué)解演化求得 如圖 所. 7( ) , ,與支架受力與其他開采 非充填開采 顯著不同 示 半無(wú)

27、限平面上的 點(diǎn)作用了一個(gè)集中力. A P B固體充填采煤采場(chǎng)礦山壓力模型 點(diǎn)處約束了豎直方向的位移, 即 , 則在表面1 .3 w 0=固體充填采煤采場(chǎng)礦山壓力模型如圖 所示 上距離 點(diǎn)為 的任意一點(diǎn) 處的豎直位移 可6 . A R C w11 , ,如圖 所示 由于采場(chǎng)頂板不發(fā)生破斷和明 以由 解得到 即a6 t nama lF2, , ( )顯離層運(yùn)動(dòng) 我們將覆巖用一完整巖層表示 這一2 1 - P a, ( )w = n l 2E R整體巖層被前方煤體和支架以及充填體所支撐, 僅: ; ;式中 為彈性模量 為泊松比 為 間距E a BA .產(chǎn)生向下彎曲變形 其中, 煤體和充填體是被動(dòng)受.

28、, ,力 如果支架不產(chǎn)生支護(hù)作用 則兩側(cè)煤體和充填體也能承受( 分擔(dān)) 支架上方巖層重力的轉(zhuǎn)移壓力.如圖 所示, 考慮到充填液壓支架的主動(dòng)支b6,撐功能主要是使支架后頂梁抵抗頂板的彎曲下沉圖 半無(wú)限平面上作用集中力7 P,即在第四代充填支架圖 設(shè)計(jì)上增加了后立柱d2e t a r tinFe cg7no.C e c r o f etP tc ai n ni of n i f l a h en apl同時(shí)假設(shè)支架不承受被動(dòng)載荷( 支架自身卸載功能當(dāng)半無(wú)限平面上作用呈三角形分布載荷, 如圖可以實(shí)現(xiàn),) 因此, 支架的主動(dòng)加載載荷可以用三角, , ,載荷集度在 點(diǎn)為 在 點(diǎn)為 則在 上a8 B 0

29、A q BA形分布力代替.距離 點(diǎn)為 的任意一點(diǎn)的載荷集度為A rr( ) ( )r 1 - . 3q = q( )a圖 半無(wú)限平面上作用三角形分布載荷8 inFa g8i r.T no i t urbaiglrut s i d dao l t c ae t i n niof n i f l a h en a lp為求得載荷分布范圍內(nèi)任意一點(diǎn) 的豎直位C移, 在 上距離 點(diǎn)為 處取一微小長(zhǎng)度 , 如圖BA A r dr, ( )中陰影所示 將這一微小長(zhǎng)度上的力 看a8 q r dr作集中力 根據(jù) 解, 在該微元集中力. t nama lF( ) 的作用下, 點(diǎn)的豎直位移 可以由式( )r dr

30、 C d w 2q積分得到2( ) ( )2 1 - q r a - r? n l dr圖 固體充填采煤采場(chǎng)礦山壓力模型6 E R r -i Fr eg6d.nU dnuogre r us s epr l ed om r o f當(dāng) 位于 間, dr CAd i lnoisl l i fn i l ao c r a en e echatf k r ow g g ( )d w = 4?2( ) ( )2 1 - r a - rqn l dr如圖 所示, 考慮到支架對(duì)頂板的支撐作用c6 E r - R, ,比較煤體和充填體來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì) 因而 支架當(dāng) 位于 間,? dr CB :對(duì)采場(chǎng)頂板的主動(dòng)壓

31、力作用可以簡(jiǎn)化為 不計(jì)自重由此可得到分布載荷作用下距離 點(diǎn)為 的任意A R的半無(wú)限彈性平面體在有限長(zhǎng)度上受三角形分布點(diǎn)豎直位移a R 2力作用的力學(xué)模型 這樣, 由假設(shè)簡(jiǎn)化得到了圖. c6( ) ( )2 1 - q r a - rw d w n l dr= = +0 0 E R r的固體充填采煤的采場(chǎng)礦山壓力力學(xué)模型, 可以用 -a 2( ) ( )2 1 r a r- q -來(lái)分析固體充填支架受力和支架主動(dòng)加載對(duì)頂板 , ( )n l dr 5 R E r R -變形的影響.即三角形分布載荷作用引起的表面位移2 .32( )2 1 1- qn l aw = a - + 求解半無(wú)限平面上作用

32、有三角形分布載荷的 ( )2E 2,彈性力學(xué)問題的解析解 可以用半無(wú)限平面上作用中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 第 卷 938 0 02僅為 左右 這再一次說(shuō)明, 充填開采液壓支R 3 m6m .q( )n l R - - q R n l R - 1 -( )2 a 2架的主動(dòng)支撐作用是保護(hù)直接頂與老頂之間的連2( )a R 3q -續(xù)性,使其不發(fā)生離層和直接頂破碎垮落現(xiàn)象 采.( ) ( )n l a R- - . 6( )22 a場(chǎng)覆巖的整體下沉是由充填體和工作面前方煤體( )由式 可得6,所承擔(dān) 即采空區(qū)的充實(shí)率是決定采場(chǎng)覆巖變形移2( )1 a- q xam( ) , ( )w w 0 7 , ,|

33、 A = = 動(dòng)量的關(guān)鍵 然而 充填支架主動(dòng)支撐能力的大小. E是決定固體充填作業(yè)工藝得以順利實(shí)施以及確保( ) ( )w w a 0 . 8| B = =充實(shí)率的關(guān)鍵., ,如圖 所示 當(dāng) 點(diǎn)位于分布載荷之外 同 b8 C,從上述分析可以看到 在綜合機(jī)械化固體充填,樣在 上距離 點(diǎn)為 處取一微小長(zhǎng)度 如陰BA A r dr采煤支架設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)綜采支架設(shè)計(jì)上已發(fā)生了重影所示, 將微元力 ( ) 看作集中力, 則 點(diǎn)距離r dr Cq大理念變化, 由傳統(tǒng)綜采的護(hù)頂、 護(hù)幫和擋矸轉(zhuǎn)變?cè)撐⒃辛Φ木嚯x為 根據(jù) 解, 由r R .t nama lF+為控制支架上方直接頂與老頂?shù)恼w性和維護(hù)最該微元力所引起的 點(diǎn)的豎直位移 同樣可由C d w,大的充填空間 因此 固體充填液壓支架與傳統(tǒng)綜.( )式 積分得到2采支架比較, 必須強(qiáng)調(diào)如下 個(gè)特點(diǎn): ) 在同樣地3 12( ) ( )2 1 r a r- q -( )d w = n l dr . 9質(zhì)開采條件下充填支架的支撐能力設(shè)計(jì)必須大于 E R + r; )綜采支架 充填支架后頂梁的支撐強(qiáng)度要大于由此得到在載荷分布范圍以外距離 點(diǎn)為 2 A R; ) ,的任意點(diǎn)豎直位移 前頂梁3 充填支架的初撐力即為