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文档简介
4.29804工作面覆岩关键层判别方法关键层判别方法分为以下3个步骤进行:第1步,由下往上确定覆岩中的坚硬岩层位置。此处的坚硬岩层非一般意义上的坚硬岩层,它是指那些在变形中挠度小于其下部岩层,而不与其下部岩层协调变形的岩层。假设第1层岩层为坚硬岩层,其上直至第m层岩层与之协调变形,而第m+1层岩层不与之协调变形,则第m+1层岩层是第2层坚硬岩层。由于第1层至第m层岩层协调变形,则各岩层曲率相同,各岩层形成组合梁,由组合梁原理可导出作用在第1层硬岩层上的载荷为(4-1)式中:q1(x)|m为考虑到第m层岩层对第1层坚硬岩层形成的载荷;hi,γi,Ei分别为第i岩层的厚度、容重、弹性模量(i=1,2,…,m)。考虑到第m+1层对第1层坚硬岩层形成的载荷为(4-2)由于第m+1层为坚硬岩层,其挠度小于下部岩层的挠度,第m+1层以上岩层已不再需要其下部岩层去承担它所承受的载荷,则必然有(4-3)将式(4-1),(4-2)代入式(4-3)并化简可得(4-4)式(4-4)即为判别坚硬岩层位置的公式。具体判别时,从煤层上方第1层岩层开始往上逐层计算及,当满足式(4-4)则不再往上计算,此时从第1层岩层往上,第m+1层岩层为第1层硬岩层。从第1层硬岩层开始,按上述方法确定第2层硬岩层的位置,以此类推,直至确定出最上一层硬岩层(设为第n层硬岩层)。通过对坚硬岩层位置的判别,得到了覆岩中硬岩层位置及其所控软岩层组。第2步,计算各硬岩层的破断距。坚硬岩层破断是弹性基础上板的破断问题,但为了简化计算,硬岩层破断距采用两端固支梁模型计算,则第k层硬岩层破断距lk可由下式计算:(4-5)式中,hk为第k层硬岩层的厚度,m;σk为第k层硬岩层的抗拉强度,MPa;qk为第k层硬岩层承受的载荷,MPa。由式(4-1)可知,qk可按下式确定:(4-6)由于表土层的弹性模量可视为0,设表土层厚度为H,容重为γ,则最上一层硬岩层即第n层硬岩层上的载荷可按下式计算:(4-7)式(4-6)、(4-7)中,下标k代表第k层硬岩层;下标j代表第k层硬岩层所控软岩层组的分层号;mk为第k层硬岩层所控软岩层的层数;Ek,j,hk,j,γk,j分别为第k层硬岩层所控软岩层组中第j层岩层弹性模量、分层厚度及容重,单位分别为GPa,m,MN/m3。当j=0时,即为硬岩层的力学参数。例如E1,0,h1,0,γ1,0分别为第1层硬岩层的弹性模量、厚度及容重,E1,1,h1,1,γ1,1分别为第1层硬岩层所控软层组中第1层软岩的弹性模量、厚度及容重。第3步,按以下原则对各硬岩层的破断距进行比较,确定关键层位置。1)第k层硬岩层若为关键层,其破断距应小于其上部所有硬岩层的破断距,即满足:(4-8)2)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,重新计算第k层硬岩层的破断距。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层硬岩层破断,其载荷作用于第k层硬岩上,导致第k层硬岩随之破断。3)从最下一层硬岩层开始逐层往上判别lk<lk+1(k=1,2,…,n-1)是否成立,及当lk>lk+1时重新计算第k层硬岩层破断距。例如,假设由第1,2步确定出覆岩中有3层硬岩层,各自破断距分别为l1,l2,l3,根据上述原则确定关键层位置的流程如图4-6所示。图4-6关键层位置判别流程图4.39804工作面覆岩关键层判别结果与分析对开元煤矿9804工作面附近的钻孔柱状进行关键层位置判别结果见图4-7,判别过程中岩层破断角取70º,松散层载荷传递系数取0.6。(c)H64钻孔由图4-7可知:9804工作面附近的覆岩主关键层为9.2m的中砂岩,亚关键层为6.34m的细粒砂岩。同样,由关键
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