保護(hù)層開(kāi)采中關(guān)鍵層的確定

汪師逵,　王恩營(yíng),　杜琳瑋,　張　飛,　馬一思

(河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 河南 焦作 454000)

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保護(hù)層開(kāi)采中關(guān)鍵層的確定

汪師逵,王恩營(yíng),杜琳瑋,張飛,馬一思

(河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 河南 焦作 454000)

太原組; 保護(hù)層; 關(guān)鍵層

0　引　言

開(kāi)采保護(hù)層是區(qū)域防治煤與瓦斯突出最為有效的措施。針對(duì)保護(hù)層的防突機(jī)理,前人已開(kāi)展了大量的研究,其主要作用是能夠使被保護(hù)層卸壓,透氣性大幅度增加,有利于瓦斯抽采[1-3]。但保護(hù)層開(kāi)采的保護(hù)效果受多種因素影響,各因素的作用大小不同,目前仍處于探討階段。一些學(xué)者將“覆巖三帶”理論和“關(guān)鍵層”理論等一些經(jīng)典理論引入保護(hù)層開(kāi)采,這對(duì)進(jìn)一步完善保護(hù)層開(kāi)采的防突機(jī)理和在實(shí)踐中應(yīng)用是有益的[4-5]。

1　保護(hù)層開(kāi)采效果評(píng)價(jià)

2　關(guān)鍵層確定

(1)確定覆巖中的堅(jiān)硬巖層。判別式:

(1)

式中:Ei——第i層巖層的彈性模量,GPa;

hi——第i層巖層的厚度,m;

γi——第i層巖層的容重,kN/m3。

判別準(zhǔn)則:從下向上,將每層巖層的物理力學(xué)參數(shù)帶入判別式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)滿足判別式(1)時(shí),則第m+1層為第1層硬巖。此后從第m+2巖層重新開(kāi)始進(jìn)行判別式計(jì)算,依次循環(huán)。

圖1　硬巖層及關(guān)鍵層判別結(jié)果

(2)計(jì)算各硬巖層的破斷距。計(jì)算公式:

(2)

式中:lk——第k層硬巖層的破斷距,m;

hk——第k層硬巖層的厚度,m;

σk——第k層硬巖層的抗拉強(qiáng)度,MPa;

pk——第k層硬巖層承受的載荷,MPa。

而pk可按式(3)確定:

(3)

式中:mk——第k層硬巖層控制的軟巖層數(shù);

k——第k層硬巖層;

j——第k層硬巖層所控制軟巖層組的分層號(hào);當(dāng)j=0時(shí),即為硬巖層的力學(xué)參數(shù)。

將各巖層的巖石力學(xué)參數(shù)代入破斷距計(jì)算式(2),得出了3層硬巖的破斷距(圖1)。

(3)確定主關(guān)鍵層和亞關(guān)鍵層。確定的原則是:

(i)若第k層硬巖層為關(guān)鍵層,其破斷距應(yīng)小于其上部所有硬巖層的破斷距,即滿足:lk

(ii)若第k層硬巖層破斷距l(xiāng)k大于其上方第k+1層硬巖層破斷距,則將第k+1層硬巖層承受的載荷加到第k層硬巖層上,重新計(jì)算lk。若重新計(jì)算的第k層硬巖層的破斷距小于第k+1層硬巖層的破斷距,則取lk=lk+1,說(shuō)明此時(shí)第k層硬巖層破斷受控于第k+1層硬巖層,即第k+1層硬巖層破斷前,第k層硬巖層不破斷,一旦第k+1層硬巖破斷,其載荷作用于第k層硬巖上,導(dǎo)致第k層硬巖隨之破斷。

(iii)從最下一層硬巖層開(kāi)始逐層往上判別lklk+1時(shí)重新計(jì)算第k層硬巖層破斷距。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。其中,第三層細(xì)粒砂巖為主關(guān)鍵層,第一層硬巖為亞關(guān)鍵層,第一、二層硬巖同步破斷。

根據(jù)分析,當(dāng)保護(hù)層覆巖存在硬巖層時(shí),其對(duì)保護(hù)層卸壓效果的影響具有兩面性。若堅(jiān)硬巖層巨厚且較難破斷,則其在保護(hù)層上方將起到托板作用,阻止卸壓向上發(fā)展;若堅(jiān)硬巖層隨采動(dòng)發(fā)生強(qiáng)烈破斷,托板的支撐效應(yīng)將不復(fù)存在。

3　結(jié)　論

(3)鑒于不同煤層頂板巖層結(jié)構(gòu)差異較大,因此,在確定保護(hù)層的卸壓效果時(shí),要根據(jù)各礦井實(shí)際情況,具體問(wèn)題具體分析。

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[4]薛俊華, 余國(guó)鋒. 遠(yuǎn)距離卸壓開(kāi)采關(guān)鍵層位置效應(yīng)初探[J]. 安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2008, 16(3): 29-33.

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(編輯王冬)

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

中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)研究指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(MTKJ2009-295;MTKJ2009-296); 河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2009B62002)

10.3969/j.issn.1671-0118.2013.04.021

TD322

1671-0118(2013)04-0398-03

A

汪師逵(1988-),男,河南省漯河人,碩士,研究方向:礦井瓦斯地質(zhì)與防治,E-mail:904689711@qq.com。