張小樓煤礦1.2Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,張小樓,煤礦,mta,設(shè)計(jì),cad,圖紙,文檔 專 題 部 分 23 孤島工作面危險(xiǎn)性分析 曹現(xiàn)磊 礦業(yè)工程學(xué)院 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 徐州 210008 摘要： 本文圍繞孤島工作面開(kāi)采前后，覆巖斷裂破壞特征及孤島煤體支承壓力分布規(guī)律等得出了孤島沖擊傾向性煤層發(fā)生沖擊地壓的固有屬性和力學(xué)條件，建立了孤島煤柱沖擊地壓模型，詳細(xì)分析了孤島煤柱在不同力學(xué)條件下的各類破壞方式。根據(jù)沖擊地壓顯現(xiàn)特征，綜合分析了孤島煤柱沖擊地壓的影響因素。應(yīng)用礦山壓力的理論，計(jì)算了煤柱頂?shù)装宓膽?yīng)力分布，結(jié)合不同寬度煤柱的應(yīng)力特點(diǎn)，給出了孤島煤柱的三類應(yīng)力分布規(guī)律:一般應(yīng)力分布、馬鞍型應(yīng)力分布、拱型應(yīng)力分布。應(yīng)用軟件，對(duì)不同寬度的煤柱進(jìn)行了模擬計(jì)算研究，驗(yàn)證了孤島煤柱的應(yīng)力分布規(guī)律?；诠聧u煤柱應(yīng)力分布規(guī)律，綜合利用鉆屑法理論、數(shù)值模擬研究成果，采用距離修正指標(biāo)，針對(duì)孤島煤柱弱面滑移型、煤柱壓垮型、底板破壞型、底板參與型的破壞方式，提出了具體的分類方法來(lái)評(píng)價(jià)孤島煤柱的沖擊危險(xiǎn)性，并給出了各個(gè)評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)指標(biāo)。結(jié)合本文研究成果，為現(xiàn)場(chǎng)的沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)提供了理論依據(jù)，并完善了孤島煤柱沖擊地壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)理論與方法。 關(guān)鍵詞:孤島工作面 上覆巖層破壞 沖擊地壓 危險(xiǎn)性 1緒論 1.1問(wèn)題的提出及研究意義 我國(guó)的煤炭資源條件較差，90%以上的煤炭產(chǎn)量來(lái)白于地下開(kāi)采。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期大規(guī)模的采掘活動(dòng)，我國(guó)中東部產(chǎn)煤區(qū)的淺部煤炭資源己逐漸枯竭，日前平均開(kāi)采深度己達(dá)600米左右，并且以每年8一12米的速度向下延伸。雖然我國(guó)西部地區(qū)淺部煤炭資源相當(dāng)豐富，但水資源缺乏、生態(tài)環(huán)境脆弱，同時(shí)也受到交通運(yùn)輸?shù)韧獠織l件制約，煤炭開(kāi)采十分困難。盡管國(guó)家很早就提出“鞏固?hào)|部發(fā)展西部，的煤炭工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，但煤炭開(kāi)發(fā)重心西移的方案在近期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。所以，除了開(kāi)采技術(shù)的提高和煤礦資源開(kāi)采向深部的轉(zhuǎn)移之外，孤島工作面的開(kāi)采對(duì)于煤炭資源回收率的提高具有十分重要的戰(zhàn)略意義和經(jīng)濟(jì)意義。 1.2選題的背景及意義 為了避免連續(xù)工作面之間的干擾和安全開(kāi)采的需要，采區(qū)內(nèi)工作面之間有時(shí)需要采用跳采接續(xù)方式。另一方面，由于煤層開(kāi)采的地質(zhì)條件限制，如斷層等構(gòu)造的存在，切割了煤層的連續(xù)性，全國(guó)各大礦區(qū)都普遍存在著多種形式的孤島工作面，有時(shí)為兩面采空的孤島工作面，有時(shí)為三面采空的孤島工作面以及四面采空的孤島工作面。由于孤島工作面開(kāi)采頂板控制難度很大，同時(shí)也給工作面的快速推進(jìn)帶來(lái)較大的困難。孤島工作面安全高效生產(chǎn)將會(huì)遇到下列突出問(wèn)題：第一，孤島工作面由于容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，來(lái)壓強(qiáng)度提高，采用常規(guī)的措施將不能對(duì)工作面圍巖實(shí)施有效控制，影響工作面的快速推進(jìn);第二，圍巖破壞嚴(yán)重，巷道支護(hù)困難，覆巖離層和斷裂現(xiàn)象十分明顯，采用己有一的巷道布置和支護(hù)技術(shù)體系，難以有效地控制孤島開(kāi)采順槽巷道圍巖變形量，影響工作面正?；夭?第三，孤島工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)規(guī)律和采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與非孤島開(kāi)采條件有很大差別，目前有限采動(dòng)條件下孤島工作面兩側(cè)覆巖處于非充分采動(dòng)狀態(tài)，孤島開(kāi)采將對(duì)本工作面及相鄰工作面覆巖結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生重大影響，極容易發(fā)生沖擊地壓。所以，孤島工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，圍巖破壞嚴(yán)重，回采巷道支護(hù)比較困難，在孤島工作面開(kāi)采的過(guò)程中，煤與瓦斯突出、煤層自燃、沖擊地壓、巷道布置、巷道支護(hù)、頂板管理等一系列問(wèn)題一直是制約煤礦安全生產(chǎn)的頭等大事。由于問(wèn)題的復(fù)雜性，日前為止，對(duì)孤島工作面高應(yīng)力沖擊地壓的研究還沒(méi)有建立符合實(shí)際的沖擊地壓發(fā)生及破壞過(guò)程的理淪，影響了對(duì)孤島工作面高應(yīng)力沖擊地壓的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)及防治方法的開(kāi)展。因此，正確分析孤.島工作而發(fā)生沖擊失穩(wěn)的主要因素，研究沖擊地壓發(fā)生時(shí)上覆巖層運(yùn)動(dòng)和破壞特征、支承壓力分布規(guī)律及其對(duì)開(kāi)采的影響，采取有效的手段控制工作面頂板和巷道變形是確保孤島工作而安全開(kāi)采的關(guān)鍵問(wèn)題。本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)杏分析了地質(zhì)構(gòu)造、工作面開(kāi)采深度、煤巖體物理力學(xué)特性、工作面開(kāi)采條件對(duì)孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的影響規(guī)律，確定了巷道頂板受工作面動(dòng)壓影響的劇烈的區(qū)域;運(yùn)用強(qiáng)度理論、能量理論研究了工作面不同埋深、不同地應(yīng)力場(chǎng)、不同煤層厚度和煤巖體材料的各向異性對(duì)孤島工作面沖擊地壓的影響特征特征，分析了孤島工作面應(yīng)力場(chǎng)和能量場(chǎng)的變化規(guī)律，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定了孤島工作面發(fā)生沖擊失穩(wěn)的危險(xiǎn)區(qū)域;研究了孤島工作面回采過(guò)程中不同煤柱寬度情況下煤柱應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和塑性破壞區(qū)的變化規(guī)律，對(duì)孤島煤柱發(fā)生沖擊失穩(wěn)的可能性進(jìn)行了動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。采用數(shù)值分析方法研究了在工作面回采過(guò)程中，在順槽巷道采用超前卸壓孔的卸壓效果，分析了布置孔徑d，孔間距a和孔深1的優(yōu)化參數(shù)。本文的研究對(duì)于孤島工作面安全開(kāi)采和煤柱保護(hù)具有科學(xué)意義和工程指導(dǎo)價(jià)值。 1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1）孤島工作面沖擊地壓失穩(wěn)理論研究現(xiàn)狀 關(guān)于孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的理論分析主要有孤島一頂板受力系統(tǒng)的失穩(wěn)機(jī)理、主關(guān)鍵層理論以及突變理論等。將孤島工作面和頂板作為受力系統(tǒng)分析其失穩(wěn)機(jī)理在國(guó)內(nèi)外取得了一定的進(jìn)展，基于溫克爾假設(shè)，將堅(jiān)硬頂板視為彈性板，煤柱等效為連續(xù)均勻分布的支撐彈簧，從而形成煤柱一頂板相互作用系統(tǒng)，同時(shí)，將煤柱視為應(yīng)變軟化介質(zhì)，采用近似的weibull分布描述它的損傷本構(gòu)模型，依據(jù)板殼理論和非線性動(dòng)力學(xué)理論對(duì)采空區(qū)煤柱一頂板系統(tǒng)失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了研究，得出了系統(tǒng)失穩(wěn)的突變機(jī)制，并給出了系統(tǒng)失穩(wěn)的數(shù)學(xué)判據(jù)和力學(xué)條件。將堅(jiān)硬頂板視為彈性梁，把煤柱視為應(yīng)變軟化介質(zhì)，對(duì)堅(jiān)硬頂板和煤柱組成的力學(xué)系統(tǒng)研究了失穩(wěn)的演化過(guò)程。通過(guò)對(duì)建立的尖點(diǎn)突變模型的分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)失穩(wěn)主要取決于系統(tǒng)的剛度比k與材料的均勻性或脆性指標(biāo)腳值，并給出了失穩(wěn)的充要條件力學(xué)判據(jù)和失穩(wěn)突跳量的表達(dá)式。同時(shí)，根據(jù)材料損傷與聲發(fā)射累計(jì)計(jì)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立了煤柱一頂板失穩(wěn)演化過(guò)程中聲發(fā)射率的動(dòng)力學(xué)模型。孤島工作面兩側(cè)采空區(qū)上覆巖層中土關(guān)鍵層受采動(dòng)影響是否充分視為區(qū)分條件，并將主關(guān)鍵層設(shè)為三種不同邊界條件下的薄板模型，分析了孤島工作面主關(guān)鍵層破斷的機(jī)理。關(guān)于孤島工作面及煤柱沖擊破壞的突變理論近兒年的研究成果較多，竇林名等應(yīng)用突變理論，建立了煤柱受載失穩(wěn)發(fā)生沖擊地壓的檢點(diǎn)突變模型，得到了在剛度比和全位移兩個(gè)變量控制空間下煤柱發(fā)生沖擊地壓動(dòng)力現(xiàn)象的的分歧點(diǎn)集，得出了預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)煤柱失穩(wěn)發(fā)生沖擊破壞的臨界點(diǎn)位移公式。潘岳等基于簡(jiǎn)化的狹窄煤柱巖爆分析模型和功、能增量平衡關(guān)系，得出狹窄煤柱巖爆的折迭突變模型。而且這種突變模型的平衡方程和平衡路徑所展示的全部性態(tài)，可對(duì)煤柱以巖爆形式破壞或者漸進(jìn)形式破壞過(guò)程的主要行為作出詳細(xì)的描述，對(duì)理解圍巖一煤柱系統(tǒng)在各階段的行為規(guī)律有著重要的作用。張勇等在潘岳所研究的基礎(chǔ)上將未采煤層視為彈性地基，根據(jù)能量守恒原理得到了功、能增量平衡關(guān)系式，求得圍巖一煤柱系統(tǒng)作準(zhǔn)靜態(tài)形變時(shí)的平衡方程，在分析過(guò)程中，用折迭突變總勢(shì)能函數(shù)作為判別準(zhǔn)則，計(jì)算了煤柱巖爆地震能釋放量，闡明煤柱巖爆機(jī)制是由于巖梁彈性能釋放量超過(guò)峰后軟化煤柱形變所耗的能量所造成的。徐曾和陣通過(guò)對(duì)尖點(diǎn)突變模型對(duì)堅(jiān)硬頂板條件下煤柱巖爆非穩(wěn)定機(jī)制的分析，給出了煤柱巖爆發(fā)生的準(zhǔn)則、巖爆時(shí)的項(xiàng)板突跳和能量釋放量，討論了影響巖爆的因素及影響程度，并以此為基礎(chǔ)討論了巖爆發(fā)生的前兆規(guī)律與過(guò)程，提出了可監(jiān)測(cè)的前兆信息。 2）孤島工作面沖擊地壓評(píng)價(jià)及控制研究現(xiàn)狀 孤島工作面及其周圍巷道附近應(yīng)力集中程度高，項(xiàng)板運(yùn)動(dòng)劇烈，加上地質(zhì)構(gòu)造的影響及其容易發(fā)生沖擊地壓。己有許多學(xué)者對(duì)孤島工作面沖擊地壓進(jìn)行了評(píng)價(jià)和控制研究，如竇林名指出孤島工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及控制的技術(shù)重點(diǎn)是首先要分析沖擊危險(xiǎn)程度，確定沖擊危險(xiǎn)指數(shù)，采用電磁輻射和鉆屑法進(jìn)了丁及時(shí)預(yù)報(bào)，采用爆破法進(jìn)行卸壓處理，用電磁輻射和鉆屑法檢驗(yàn)防治措施的效果。劉曉斐以南山礦孤島煤柱沖擊地壓為例，將其它磁輻別一前兆序列劃分為有危險(xiǎn)和無(wú)危險(xiǎn)兩個(gè)樣本，分析了煤柱沖擊地壓電磁輻射前兆時(shí)序特征，為實(shí)現(xiàn)沖擊地壓電磁輻射前兆信息的定量識(shí)別和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)提供依據(jù)，為沖擊地壓電磁輻射預(yù)測(cè)研究提供了新的嘗試。姜福興網(wǎng)通過(guò)建立下保護(hù)層中殘留孤島煤柱的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，應(yīng)用力學(xué)原理分析了殘留煤柱及被保護(hù)層煤體中的應(yīng)力狀態(tài)，得到煤柱誘發(fā)沖擊地壓的機(jī)理，井且指出保護(hù)層中殘留的孤島煤柱使上層煤中的應(yīng)力水平成倍增加，在大采深條件下必然會(huì)發(fā)生沖擊破壞。姜福興的研究結(jié)果表明，煤柱誘發(fā)沖擊地壓的原理是在煤柱的支撐作用下形成了2個(gè)強(qiáng)剪切帶，剪切帶內(nèi)的強(qiáng)剪切力分別使煤柱和巖層斷裂，釋放彈性能，從而誘發(fā)沖擊地壓。同時(shí)，微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)微震事件不隨f作面開(kāi)采向前發(fā)展，而是在某一區(qū)域內(nèi)停滯不前時(shí)，則此區(qū)域處于高應(yīng)力區(qū)的邊緣，發(fā)生沖擊的可能性增加。經(jīng)過(guò)理論和現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)分析之后，姜福興提出深孔爆破卸壓、大孔徑鉆孔卸壓是治理孤島煤柱型沖擊地壓的有效手段。劉心廣在分析了孤島煤柱發(fā)生沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域的基礎(chǔ)上，提出了以鉆屑法為主、電磁輻射儀監(jiān)測(cè)和鉆孔應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法防治沖擊地壓高危區(qū)域。吳興榮通過(guò)調(diào)研徐州三河尖煤礦東翼厚煤層區(qū)域回采的三個(gè)孤島煤柱工作面先后發(fā)生的沖擊礦壓，提出了合理布置巷道位置、充分利用工藝破煤效果進(jìn)行卸壓、采用綜合檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等技術(shù)，對(duì)孤島煤柱工作面發(fā)生沖擊地壓做出評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)。徐思朋針對(duì)煤柱沖擊地壓發(fā)生的滯后性，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單力學(xué)模型，從煤柱流變性的角度給出了其發(fā)生的判別準(zhǔn)則。 1.1.3目前研究存在的問(wèn)題 孤島工作面由于其特有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，特別容易發(fā)生沖擊地壓，這決定了其回采過(guò)程中與非孤島工作面不同的礦壓顯現(xiàn)特征，所以針對(duì)孤島工作面沖擊失穩(wěn)理論、現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)、順槽巷道圍巖支護(hù)以及沖擊傾向性評(píng)價(jià)有較多的科研成果，但目前的研究存在如下問(wèn)題: (l)對(duì)判斷孤島工作面發(fā)生沖擊失穩(wěn)的指標(biāo)存在爭(zhēng)議。目前大部分研究仍然將應(yīng)力集中部位視為發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)區(qū)域，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)顯示，某些高應(yīng)力區(qū)域并沒(méi)有發(fā)生沖擊地壓。本文將通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)判斷孤島一作面是否發(fā)生沖擊地壓做初步探討。 (2)目前的研究中孤島工作面開(kāi)采過(guò)程中的礦壓規(guī)律較為模糊。孤島工作面由于其周圍煤體被采空，上覆巖層的自重被孤島工作面承擔(dān)，加上特殊的地質(zhì)構(gòu)造，孤島工作面回采過(guò)程中的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律會(huì)隨著礦井的條件而變化，日前無(wú)法形成適合大部分孤島工作面回采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。 (3)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀中針對(duì)孤島工作面回采過(guò)程中能量場(chǎng)的變化規(guī)律涉及較少。工作面回采過(guò)程中，工作面前方能量的積聚是發(fā)生沖擊地壓的主要因素，所以，探明孤島工作面前方的能量變化對(duì)研究沖擊破壞有一定的知道意義，本文將在這一方向做具體分析。 綜述所述，木文的主體思路是以孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的主要誘囚為主線，詳細(xì)歸納了工作面地質(zhì)構(gòu)造和構(gòu)造應(yīng)力、工作面開(kāi)采深度、煤層物理力學(xué)性質(zhì)和高沖擊傾向勝、頂?shù)装鍘r層屬性臨近工作面的開(kāi)采和本工作面的回采技術(shù)條件對(duì)孤島工作面發(fā)生沖擊失穩(wěn)的主要影響規(guī)律;通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和礦壓監(jiān)測(cè)得出孤島工作面順槽巷道變形破壞以及工作面支架載荷的變化規(guī)律，運(yùn)用電磁輻射和鉆屑法評(píng)估孤島工作面發(fā)生沖擊破壞的危險(xiǎn)程度，確定孤島工作面發(fā)生沖擊失穩(wěn)的危險(xiǎn)區(qū)域;運(yùn)用數(shù)值分析的手段對(duì)不同理深、不同地應(yīng)力場(chǎng)、不同煤層厚度以及煤巖體材料各向異性對(duì)孤島工作面沖擊地壓的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，進(jìn)一步確定孤島工作面發(fā)生沖擊失穩(wěn)的區(qū)域，并且驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果;在此研究的基礎(chǔ)上，分析了孤島工作面回采過(guò)程中不同煤柱寬度情況下煤柱應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)和塑性破壞區(qū)的變化規(guī)律，進(jìn)一步分析了不同煤柱寬度條件下煤柱支承壓力和彈性核的隨工作面回采的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律;最后提出孤島工作面超前卸壓孔的布置方案，確定了卸壓孔孔徑、孔深和孔間距等參數(shù)，評(píng)估防沖卸壓效果。 2孤島工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)和破壞以及支承力 2.1覆巖斷裂系破壞分析 孤島工作面煤體支承壓力比正常工作面大，并且在孤島工作面兩側(cè)一定范圍內(nèi)的煤體上形成應(yīng)力集中。孤島工作面的來(lái)壓步距比一般正常工作面小。這說(shuō)明孤島工作面形成過(guò)程中，上覆巖層受到兩側(cè)工作面開(kāi)采影響。礦山壓力顯現(xiàn)是覆巖運(yùn)動(dòng)的直接反應(yīng)，根據(jù)孤島工作面開(kāi)采與正常工作面開(kāi)采的礦山壓力顯現(xiàn)對(duì)比，可以推知兩種回采工作面上覆巖層運(yùn)動(dòng)和破壞存在差異。兩側(cè)工作面開(kāi)采時(shí)，上覆巖層已經(jīng)發(fā)生斷裂破壞，如圖2.1所示，可以看出孤島工作面上覆巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，斷裂破壞以上的巖層，保持了完整的結(jié)構(gòu)，并承擔(dān)自身以及上部巖層重力，并且有著良好的傳遞力條件，對(duì)該巖層可以簡(jiǎn)化成板或梁模型。孤島工作面支承壓力來(lái)源于孤島工作面正上方覆巖以及兩側(cè)板或梁所控制的覆巖范圍重力，這便是孤島工作面支承壓力較正常工作面大的直接原因。鑒于此，在開(kāi)采孤島工作面時(shí)，必然導(dǎo)致其上覆巖層運(yùn)動(dòng)和破壞不同。為了弄清孤島工作面覆巖運(yùn)動(dòng)和破壞，首先分析兩側(cè)工作面開(kāi)采后，覆巖運(yùn)動(dòng)和破壞情況。根據(jù)文獻(xiàn)“’研究，工作面上覆巖層第一層兩端斷裂前懸跨度為L(zhǎng),，其上一巖層的實(shí)際跨度LZ = 0.8L,，依此類推。研究表明:覆巖斷裂破壞高度隨著工作面開(kāi)采范圍增加而增大，但工作面開(kāi)采范圍達(dá)到或者超過(guò)臨界尺寸時(shí)，覆巖斷裂破壞高度保持基本穩(wěn)定。說(shuō)明工作面采空范圍大小，對(duì)上覆巖層運(yùn)動(dòng)和斷裂破壞有著明顯影響。本章主要研究?jī)蓚?cè)采空范圍變化時(shí)，孤島工作面煤體平均支承壓力、工作面最小可開(kāi)采尺寸和工作面開(kāi)采后覆巖斷裂破壞最大高度和破壞區(qū)域形態(tài)。 圖1-1 兩側(cè)工作面開(kāi)采后覆巖狀態(tài) 2.2兩側(cè)工作面開(kāi)采時(shí)覆巖斷裂特征 工作面煤層開(kāi)采出來(lái)后，其上覆巖層發(fā)生冒落、斷裂、離層以及下沉。工作面上覆巖層中，可能存在多個(gè)覆巖層組，組內(nèi)各巖層發(fā)生同步運(yùn)動(dòng)，組間發(fā)生分開(kāi)運(yùn)動(dòng)。下面分析覆巖層運(yùn)動(dòng)情況。把工作面上覆巖層簡(jiǎn)化成兩端固定梁模型。設(shè)上覆巖層共n層，從下至上分別為1、 2、 3、····n 。 由材料力學(xué)可知:兩端固定巖梁彎沉?xí)r，最大曲率和撓度分別為 ρmaxi=γ1Li22Eimi2 ωmaxi=γ1Li432Eimi2 （1.1） 式中：-第i巖層容重； -第i巖層跨度； -第i巖層彈性模量； -第i巖層厚度 如果相鄰兩個(gè)巖梁的曲率和撓度有如下關(guān)系: 或 則表明:巖層發(fā)生同步運(yùn)動(dòng)，如圖1-2所示： 或 則表明:巖層發(fā)生分開(kāi)運(yùn)動(dòng)，如圖1-3所示。 圖1-2 巖層同步運(yùn)動(dòng) 1-3 巖層分步運(yùn)動(dòng) 根據(jù)公式(1.1)分別判斷覆巖層運(yùn)動(dòng)情況。通過(guò)判斷，設(shè)開(kāi)采范圍為L(zhǎng)情況下，可分成:組同步運(yùn)動(dòng)，每組內(nèi)有s，層巖層，如圖1-4所示。 圖1-4 覆巖組分開(kāi)運(yùn)動(dòng)組內(nèi)巖層同步運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)在分析同步運(yùn)動(dòng)巖層受力狀態(tài)，設(shè)第k (1≤K≤S)同步運(yùn)動(dòng)巖層組中有s*層巖層發(fā)生同步運(yùn)動(dòng)，每層巖層厚度為dkr(1≤r≤Sk)，密度為 ρkr(1≤r≤sk)。 由于第k巖層組中有Sk層發(fā)1r生同步運(yùn)動(dòng)，考慮到層狀巖體中面上的抗剪力較弱，則由組合梁理論可知， Mk1 Ek1Ik1=Mk2Ek2Ik2=Mk3Ek3Ik3=…=Mk1Ek1Ik1 （1.2） 式中： -第同步運(yùn)動(dòng)巖層組中第層巖層彎矩； -第同步運(yùn)動(dòng)巖層組中第層巖層彈性模量 -第同步運(yùn)動(dòng)巖層組中第層巖層慣性矩，其中 由公式（2.4）可解得： Mk1 Mk2=Ek1Ik1Ek2Ik2 ,Mk1Mk3=Ek1Ik1Ek3Ik3 ,…Mk1Mkr=Ek1Ik1EkrIkr （1.3） 其組合梁矩為： Mkx= Mk1x+Mk2x+Mk13x+Mk4x+…+Mkrx=r=1skMkrx （1.4） 其中第一巖層其彎矩為， Mk1x=Ek1Ik1Mkx/r=1skMkrIkr （1.5） 由梁的受力原理可得第一層巖層受q1x/kr力： q1x=Ek1Ik1Mkx/r=1skMkrIkr （1.6） 式中： q(x)——第k同步運(yùn)動(dòng)巖層組自重分布載荷， q(x)= r=1skρkrdkr qk1x=(Ekrdkr3r=1skρkrdkr)/r=1skEkrdkr3 (1.7) 并且考慮到和q(x)的表達(dá)式qk1(x)時(shí)，第一層巖層受力可寫成如下形式， 同理可得，在第k組同步巖層組中，如第:一1層巖層發(fā)生斷裂破壞，則:r層巖層上載荷為: qk1x=(Ekrdkr3r=1skρkrdkr)/r=1skEkrdkr3 (1.8) 下面分析巖層斷裂破壞情況，假設(shè)在第k同步運(yùn)動(dòng)巖層組中第:巖層發(fā)生一次斷裂破壞，其上一層巖層第((r + I)層沒(méi)有發(fā)生破壞，在第;以下的巖層認(rèn)為都發(fā)生了斷裂破壞。 對(duì)第r巖層，在發(fā)生斷裂破壞之前，其支承條件可看作兩端固定梁模型，力學(xué)模型如圖1-5所示。圖中L1為該巖梁的跨度。 圖1-5 兩端固定梁力學(xué)模型 對(duì)第k同步運(yùn)動(dòng)巖層組中第(r+1)層巖層不發(fā)生斷裂破壞有以下兩種情況:(I) 巖梁兩端最大應(yīng)力沒(méi)有達(dá)到巖梁發(fā)生斷裂破壞時(shí)極限應(yīng)力，且?guī)r梁最大撓曲小于SA (1l)巖梁兩端最大應(yīng)力沒(méi)有達(dá)到巖梁發(fā)生斷裂破壞時(shí)極限應(yīng)力，且?guī)r梁最大撓曲大于SA。這兩種情況，用數(shù)學(xué)表達(dá)為: σk(r+1)max<σk(r+1)t且fk(r+1)maxL1) (1.17) 在采動(dòng)范圍中部正上方兩側(cè)一定位置覆巖斷裂破壞最大高度H1為 H1=s=1kr=1strdsr （1.18） 圖1-6 A放大 圖1-7 非充分采動(dòng)覆巖斷裂破壞 圖1-8 A放大 圖1-9 充分采動(dòng)覆巖斷裂破壞 并且覆巖斷裂破壞形態(tài)如圖2.7所示。 由此可知，覆巖斷裂破壞高度和破壞形態(tài)與采空范圍存在著密切關(guān)系，當(dāng)采空范圍小于臨界采空范圍時(shí)，覆巖破壞最大高度為 ， H1=s=1kr=1strdsr (LL1) ，破壞形態(tài)為，兩邊高中間低凹形。 2.3 孤島工作面煤體支承壓力 孤島工作面煤體支承壓力較一般正常工作面煤體支承壓力大，并且在孤島工作面兩側(cè)內(nèi)煤體一定范圍形成應(yīng)力集中，在某一位置達(dá)到最大。下面分析孤島工作面煤體支承壓力較大的原因。根據(jù)孤島工作面兩側(cè)采空情況，分兩種情況討論:(1)兩側(cè)都沒(méi)達(dá)到臨界采空范圍;(2)兩側(cè)超過(guò)臨界采空范圍。 2.3.1 兩側(cè)小于臨界采空范圍 根據(jù)前面分析，兩側(cè)采空范圍沒(méi)有達(dá)到臨界范圍，表明在覆巖層中，存在某一層巖層承擔(dān)自身以及其上部巖層的重量，并且通過(guò)該巖層把其所承擔(dān)的載荷一半傳遞到孤島工作面煤體;以下發(fā)生斷裂破壞巖層對(duì)孤島工作面支承壓力影響不大。孤島工作面工作面煤體支承壓力來(lái)源于二個(gè)方面，工作面正上方覆巖重力，兩側(cè)采空區(qū)上方懸跨巖層重力。 兩側(cè)工作面開(kāi)采后，假設(shè)發(fā)生斷裂破壞的最高層位是第i層和m層，巖層容重和厚度分別為r和d。第i+1和m十1巖層承擔(dān)上方覆巖載荷Qx+1和Qk+1分別為： Qs+1=0.8mLRs=m+1ndsρs （2.1） 式中： LL-左側(cè)采空區(qū)范圍 LR-左側(cè)采空區(qū)范圍 n-巖層總層數(shù) 孤島工作面正上方覆巖重量為Q為 Q=LGs=1ndsρs+LL2s=1i(1-0.8s)dsρs+LR2s=1m(1-0.8s)dsρs （2.2） 式中： LG-孤島工作面?zhèn)认驅(qū)挾? 孤島工作面煤體總的壓力Qz為 Qz=Q+Qi+1+Qs+1 （2.3） Qz=LGs=1ndsρs+LL2s=1i1-0.8sdsρs+ LR2s=1m(1-0.8s)dsρs+0.8mLRs=m+1ndsρs (2.4) 工作面煤體支承壓力平均集中系數(shù)K為， K=QzQr 式中： Qr-孤島工作面媒體原始力 K=(QzQr+LGs=1ndsρs+LL2s=1i1-0.8sdsρs+ LR2s=1m1-0.8sdsρs+0.8mLRs=m+1ndsρs)/LGs=1nds （2.5） 上式說(shuō)明，孤島工作面煤體支承壓力平均集中系數(shù)大于1，隨著兩側(cè)開(kāi)采范圍增大，集中系數(shù)也增大，兩側(cè)采空范圍接近臨界范圍時(shí)孤島工作面煤體支承壓力集中系數(shù)達(dá)到最大。 2.3.2 兩側(cè)臨界采空范圍 由前面分析可知，當(dāng)兩側(cè)開(kāi)采范圍達(dá)到充分采動(dòng)時(shí)，設(shè)采空區(qū)覆巖斷裂破壞最大層位為第t層，上部t+l巖層發(fā)生沉降并且與下部斷裂、冒落巖層接觸，t上部巖層載荷不能完全傳遞到孤島工作面上。同樣孤島工作面支承壓力來(lái)源二個(gè)方面:工作面正上方覆 巖重力，兩側(cè)最高斷裂破壞巖層上一層所傳遞到孤島工作面煤體上的重力。 采空區(qū)上部巖層所傳遞到孤島工作面煤體上力為接觸位置到固定端部上力的一半。即Qs+1為 Qs+1=Lt+1s=t+1ndsρs2 （2.6） 式中： Lt+1——第t+1巖層極限跨度的一半；可以下式求得， qt+1Lt+1212Wt+1=[σt+1 （2.7） Lt+1'=12[σt+1]Wt+1qt+1 （2.8） Lt+1=Lt+1'2 （2.9） 式中： [σt+1]——第t+1巖層極限應(yīng)力 qt+1——第t+1巖層上載荷 Wt+1——第t+1巖層截面模量 Lt+1'——第t+1巖層極限跨度 由式（2.8）和（2.9）可得： Qt+1=Lt+1s=t+1ndsρs2=Lt+1s=t+1ndsρs4 （2.10） 由上式可知，兩側(cè)超過(guò)臨界采空范圍時(shí)，孤島工作面煤體支承壓力平均集中系數(shù)不隨著兩側(cè)開(kāi)采范圍增大而增大，即支承壓力集中系數(shù)保持穩(wěn)定，此時(shí)進(jìn)一步增大兩側(cè)采空范圍對(duì)煤體支承壓力影響不大。 本章總結(jié) 兩側(cè)工作面開(kāi)采后，由于中間孤島工作面相隔，在各自采空范圍上方形成斷裂破壞區(qū)域，并且采空范圍沒(méi)有達(dá)到臨界范圍時(shí)，覆巖斷裂破壞最大高度在采空區(qū)中部正上方，當(dāng)采空范圍超過(guò)臨界范圍時(shí)，覆巖斷裂破壞最高位置在采空區(qū)上方兩側(cè)，由于未發(fā)生斷裂破壞覆巖下沉作用，正上方覆巖斷裂破壞高度比兩側(cè)小 。 孤島工作面開(kāi)采后，其覆巖斷裂破壞范圍和高度與兩側(cè)采空區(qū)有著密切聯(lián)系，當(dāng)兩側(cè)采空范圍超過(guò)臨界開(kāi)采范圍時(shí)，覆巖斷裂破壞高度不會(huì)增加，即覆巖斷裂破壞最高層位不會(huì)發(fā)生變化;當(dāng)兩側(cè)采空范圍中只有一側(cè)超過(guò)臨界范圍時(shí)，同樣覆巖斷裂破壞高度不會(huì)增加，但導(dǎo)致沒(méi)有達(dá)到臨界范圍側(cè)覆巖斷裂破壞高度增大:當(dāng)兩側(cè)采空范圍都沒(méi)有達(dá)到臨界范圍時(shí)，覆巖斷裂破壞高度會(huì)增大，并且當(dāng)整個(gè)采空范圍小于臨界范圍時(shí)，覆巖斷裂破壞最大高度在整個(gè)采空范圍中部正上方，破壞形態(tài)與非充分采動(dòng)相似，當(dāng)整個(gè)采空范圍超過(guò)臨界范圍時(shí)，覆巖斷裂破壞最高在整個(gè)采空范圍上方兩側(cè)，破壞形態(tài)與達(dá)到充分采動(dòng)破壞形態(tài)相似，3種情況，覆巖破壞區(qū)域都貫通。 孤島工作面煤體支承壓力平均集中系數(shù)大于1，與兩側(cè)采空范圍大小存在聯(lián)系，隨著兩側(cè)采空范圍向臨界范圍增大，煤體平均支承壓力也增大，最大在兩側(cè)采空范圍都達(dá)到臨界范圍時(shí)，當(dāng)兩側(cè)開(kāi)采范圍超過(guò)臨界范圍時(shí)，支承壓力集中系數(shù)基本保持不變。 3孤島工作面沖擊地壓誘因及危險(xiǎn)性規(guī)律 為了進(jìn)一步確定孤島工作面沖，附也壓的危險(xiǎn)區(qū)域，研究了孤島工作面不同理深、不同地應(yīng)力場(chǎng)、不同煤層厚度以及煤巖體材料各向異性對(duì)孤島工作而沖擊地壓的誘因，分別計(jì)算了不同情況下孤島工作面應(yīng)力場(chǎng)和能量場(chǎng)的變化規(guī)律。在分析沖擊地壓誘因的基礎(chǔ)上，工作面現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，確定了孤島工作面發(fā)生沖擊失穩(wěn)的危險(xiǎn)區(qū)域。 3.1孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的主要誘因分析 島工作面作為煤礦開(kāi)采中的一種特殊工作面，沖擊地壓的發(fā)生將以更加突然、急劇、猛烈的形式出現(xiàn)。根據(jù)煤巖體的應(yīng)力狀態(tài)不同，可將孤島工作面沖擊地壓分為重力型沖擊地壓和構(gòu)造應(yīng)力型沖擊地壓。而沖擊地壓的主要誘因可以概括為不同煤厚、不同理深、不同地應(yīng)力場(chǎng)以及煤巖體材料的各向異性。 3.1.1不同煤厚對(duì)孤島工作面沖擊地壓的影響 1.應(yīng)力場(chǎng)變化規(guī)律 本節(jié)通過(guò)研究煤層厚度為3m、5m、7m三種情況下，孤島工作面煤層垂直應(yīng)力的變化規(guī)律，以煤層垂直應(yīng)力為指標(biāo)討論不同煤層厚度對(duì)孤島工作面發(fā)生沖擊破壞的影響。圖2-1一圖2-2為不同煤厚孤島工作面垂直應(yīng)力云圖以及二維視圖。 由圖2-1一圖2-2可以看出，孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)的特征可以概括如下:第一，工作面前方超前支承壓力范圍內(nèi)出現(xiàn)垂直應(yīng)力峰值，隨著遠(yuǎn)離工作面垂直應(yīng)力逐漸降低直至原巖應(yīng)力水平;第二，靠近煤壁的巷幫由于卸壓垂直應(yīng)力有很人幅度降低，隨著深入煤層內(nèi)部垂直應(yīng)力出現(xiàn)應(yīng)力峰值;第三，順槽巷道與工作面疊加應(yīng)力的匯交處垂直應(yīng)力峰值較工作面處大:第四：工作面后方煤柱由于采空區(qū)卸壓，應(yīng)力集中程度高。 圖2-1煤厚為3m時(shí)孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)石圖及二維視圖 圖2-2 煤厚為sm時(shí)孤島下作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖2-3 煤厚為sm時(shí)孤島下作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖中數(shù)據(jù)顯示，隨著煤厚的增加，工作面前方垂直應(yīng)力峰值逐漸增大，垂直應(yīng)力峰值距工作面煤壁距離也逐漸增大，即峰值位置逐漸遠(yuǎn)離工作面向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移。順槽巷道與工作面疊加應(yīng)力的匯交處垂直應(yīng)力峰值同時(shí)也隨著煤厚的增加而逐漸遠(yuǎn)離工作面，表2-1給出了工作面前方垂直應(yīng)力峰值及位置。 表2-1 不同煤厚孤島工作面垂直應(yīng)力分布特征統(tǒng)計(jì) 煤厚(m) 垂直應(yīng)力峰值(MPa) 應(yīng)力峰值至工作面趾離(m) 3 39.4 6.5 5 40.5 10.5 7 42.2 14.5 圖2-4 不同煤厚孤島工作面垂直應(yīng)力變化情況 圖為不同煤厚孤島工作面垂直應(yīng)力變化曲線。圖中曲線和上表中數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)煤厚為3米時(shí)，工作面前方垂直應(yīng)力峰值為10.47MPa，垂直應(yīng)力峰值位置距工作面煤壁6.5米；當(dāng)煤厚為7米時(shí)，工作面前方垂直應(yīng)力峰值為11.66MPa，垂直應(yīng)力峰值位置距工作面煤壁14.5米。隨著煤層厚度的增加，工作面前方發(fā)生沖擊破壞的可能性逐漸增大，而且危險(xiǎn)區(qū)域巨劍向煤層內(nèi)部移動(dòng)。順槽巷道與工作面疊加應(yīng)力的匯交處發(fā)生沖擊破壞的危險(xiǎn)程度最高，隨著煤層厚度的增加，此區(qū)域的應(yīng)力峰值也向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，所以應(yīng)對(duì)此部位實(shí)施防沖措施。 2.能量場(chǎng)變化規(guī)律 當(dāng)應(yīng)力和應(yīng)變滿足線性關(guān)系時(shí)，根據(jù)虛功原理可知，物體上任意微單元變形能和外力做功在數(shù)值上相等，得到如下變形能的計(jì)算公式u=0.5δε 圖2-5 單元微變性能圖 當(dāng)外力做功時(shí)，外力功轉(zhuǎn)化為此微單元的彈性變性能，就叫做彈性應(yīng)變能。由于力和變形是線性增加的，所以這是變力做功。所以，微單元每一個(gè)主應(yīng)力與其主應(yīng)變?cè)谌缦铝εc位移的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 所以，當(dāng)應(yīng)力和應(yīng)變滿足線性關(guān)系時(shí)，整個(gè)微單元里應(yīng)變能的數(shù)值等一r外力做的功，即作用在微單元二對(duì)面上的力所做的功， 本研究的對(duì)象是微單元單位體積里的應(yīng)變能，即應(yīng)變能 所以三向應(yīng)力狀態(tài)卜的應(yīng)變比能是 根據(jù)廣義胡克定律 得出微單元體在二向應(yīng)力狀態(tài)下的應(yīng)變比能是 本節(jié)通過(guò)研究煤層厚一度為3m、5m、7m三種情況下，孤島工作面煤層垂直應(yīng)力和能量場(chǎng)的變化規(guī)律，以變形比能為指標(biāo)討論不同煤層厚度對(duì)孤島工作而發(fā)生沖擊破壞的影響。圖2-6一圖2-8為不同煤厚的孤島工作面煤層能量場(chǎng)云圖及三維視圖。 圖2-6 煤厚為3m“時(shí)孤島工作面煤層能量場(chǎng)云圖及三維視圖 圖2-7 煤厚為5m“時(shí)孤島工作面煤層能量場(chǎng)云圖及三維視圖 圖2-8 煤厚為7m“時(shí)孤島工作面煤層能量場(chǎng)云圖及三維視圖 表2-2 不同煤厚孤島工作面能量分布特征統(tǒng)汁 煤厚(m) 能量峰值(KL/m3) 能量峰值至工作面趾離(m) 3 472 6.5 5 507 10.5 7 549 14.5 圖2-9 不同煤厚孤島工作面能量變化情況 由圖2-6一圖2-8能量場(chǎng)云圖和三維視圖可以看出，孤島工作面煤層能量場(chǎng)的特征可以概括如下:第一，給作面前方超前支承壓力范圍內(nèi)出現(xiàn)能量峰值，隨著遠(yuǎn)離工作面能量逐漸降低直至未受采動(dòng)影響水平;第一，靠近煤壁的巷幫由于卸壓能量有很人幅度降低，隨著深入煤層內(nèi)部出現(xiàn)能量峰值;第三，工作面和順槽巷道的交界處能量峰值較工作面處大;第四，工作面后方煤柱由于采空區(qū)卸壓，能量積聚程度較高。圖中數(shù)據(jù)顯示，隨著煤厚的增加，工作面前方能量積聚程度逐漸增大，能量峰值距上作面煤壁距離也逐漸增大，即峰值位置逐漸遠(yuǎn)離工作面向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移。順槽巷道與工作面疊加應(yīng)力匯交處的能量峰值同時(shí)也隨著煤厚 的增加而逐漸遠(yuǎn)離工作面，表2-2給出了工作面前方能量積聚長(zhǎng)度及位置。 圖2-9為不同煤厚孤島工作面能量變化曲線，圖中曲線和表2-2中數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)煤厚為3m時(shí)，工作面前方能量峰值為472KJ/m3，峰值位置距工作面煤壁6.5m;當(dāng)煤厚為7m，能量峰值為549KJ/m，，位置距煤壁14.5m。所以，運(yùn)用能量理論分析不同煤厚的孤島工作面煤層發(fā)生沖擊破壞的規(guī)律是，隨著煤層厚度的增加，工作面前方發(fā)生沖擊破壞的可能性逐漸增大，而且危險(xiǎn)區(qū)域逐漸向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移。順槽巷道與工作面疊加應(yīng)力的匯交處發(fā)生沖擊破壞的危險(xiǎn)程度最高，隨著煤厚的增加，此區(qū)域的應(yīng)力峰值也向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，所以應(yīng)對(duì)此部位實(shí)施防沖措施。 3.1.2不同埋深對(duì)沖擊地壓的影響 不同理深對(duì)沖擊地壓的影響主要是指受重力作用影響下引起的沖擊地壓，而沒(méi)有或者有極小構(gòu)造應(yīng)力影響，目前棗莊、撫順和開(kāi)灤等煤礦多發(fā)生重力型沖擊礦壓。本節(jié)將著重分析埋深500m、600m、700m、800m、I000m、1200m六種情況下煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律。根據(jù)人量的地應(yīng)力測(cè)試結(jié)果，我國(guó)人部分地區(qū)水平應(yīng)力小上垂直應(yīng)力，所以，本模擬過(guò)程中采用水平應(yīng)力是垂直應(yīng)力的0.5倍進(jìn)行分析。圖2-10一圖2-15為不同埋深情況下煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖。 圖2-10埋深500m孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖2-11埋深600m孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖2-12埋深700m孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖2-13埋深800m孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖2-14埋深1000m孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 圖2-15 埋深1200m孤島工作面煤層垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及二維視圖 從垂直應(yīng)力云圖可以看出，隨著工作面理深的增加，工作面前方支承壓力逐漸向煤層內(nèi)轉(zhuǎn)移，超前支承壓力峰值位置見(jiàn)表4.4。垂直應(yīng)力場(chǎng)云圖及三維視圖顯示，順槽巷道和工作而疊加應(yīng)力的匯交處處應(yīng)力集中程度較高。隨著理深的增加，匯交處的應(yīng)力峰值同樣向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移。這一規(guī)律表明，煤層賦存越深，發(fā)生沖擊地壓的可能性越大，而且煤層發(fā)生沖擊破壞的范圍逐漸向煤層內(nèi)部發(fā)展，除巷道超前支承壓力范圍內(nèi)需要加強(qiáng)支護(hù)以外，煤層內(nèi)部需要實(shí)施鉆孔卸壓等防沖措施。 表2-3 不同煤厚孤島工作面能量分布特征統(tǒng)汁 埋深(m) 應(yīng)力峰值(KL/m3) 能量峰值至工作面趾離(m) 500 29.82 5.5 600 37.40 6.5 700 41.33 6.5 800 48.69 6.5 1000 62.22 7.5 1200 74.90 7.5 圖2-16 不同埋深情況下孤島工作面超前支承壓力變化情況 圖2-16為不同理深工作面超前支承壓力變化曲線，表2-3為超前支承壓力分布特征的統(tǒng)計(jì)值。從上圖和表中可知，隨著煤層理深從500m增加到 1200m，工作面超前支承壓力從29.82MPa逐漸增人到74.90MPa，增加幅度151%。由此可見(jiàn)，煤層賦存深度的增加導(dǎo)致工作面前方應(yīng)力集中程度的增加，發(fā)生沖擊地壓的可能逐漸增大。表4.4中數(shù)據(jù)顯示，煤層理深的增加會(huì)使超前支承壓力遠(yuǎn)離工作面，即理深從50Om增加到 1200m時(shí)，超前支承壓力從工作面前方5.5m向煤層內(nèi)延伸至7.5m，使煤層內(nèi)發(fā)生沖擊破壞的可能性逐漸增大。但是，埋深的增加與超前支承壓力位置的轉(zhuǎn)移并不是呈現(xiàn)出線性變化規(guī)律。表中數(shù)據(jù)顯示，可將埋深分為二個(gè)等級(jí)，即小于50m、大于500m小于800m、大于800m，超前支承壓力位置呈現(xiàn)階梯式向煤層內(nèi)轉(zhuǎn)移。 總之，不同理深情況下孤島給作面發(fā)生沖擊地壓的特征可以概括為，煤層理深的增加導(dǎo)致了工作面超前支承壓力的增大，而且支承壓力的位置逐漸向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，使煤層發(fā)生沖擊破壞的可能性增加，煤巖體發(fā)生沖擊失穩(wěn)的范圍逐漸擴(kuò)人到煤層內(nèi)部。 總結(jié) 為了全面、系統(tǒng)地描述孤島工作面沖擊地壓危險(xiǎn)的機(jī)理和影響因素，以 工作面地質(zhì)和開(kāi)采技術(shù)條件為背景，從強(qiáng)度理論、能量理論和沖擊傾向性理論出發(fā)，采用軟件研究孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的機(jī)理。詳細(xì)歸納分析了不同埋深、不同煤厚對(duì)孤島工作面沖擊地壓的誘因，分別計(jì)算了不同情況下孤島工作面應(yīng)力場(chǎng)和能量場(chǎng)的變化規(guī)律，得到如下結(jié)論： 運(yùn)用強(qiáng)度理論和能量理論分析不同煤厚的孤島工作面煤層發(fā)生沖擊破壞的規(guī)律是：隨著煤層厚度的增加，工作面前方發(fā)生沖擊破壞的可能性逐漸增大，而且危險(xiǎn)區(qū)域逐漸向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移。順槽巷道與工作面疊加應(yīng)力的匯交處發(fā)生沖擊破壞的危險(xiǎn)程度最高，隨著煤厚的增加，此區(qū)域的應(yīng)力峰值也向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，所以應(yīng)對(duì)此部位實(shí)施防沖措施。 不同埋深情況下孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的特征是煤層埋深導(dǎo)致了工作面超前支撐壓力的增大，而且支撐壓力的位置逐漸向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，是煤層發(fā)生沖擊破壞的可能性增加，煤巖體發(fā)生沖擊失穩(wěn)的范圍逐漸擴(kuò)大到煤層內(nèi)部；而不同地應(yīng)力場(chǎng)的孤島工作面發(fā)生沖擊地壓的特征可以概括為水平應(yīng)力的增加會(huì)導(dǎo)致孤島工作面超前支撐壓力增大，而且超前支撐壓力的影響范圍同時(shí)也在擴(kuò)大，說(shuō)明工作面前方發(fā)生沖擊破壞的區(qū)域逐漸擴(kuò)大。水平應(yīng)力的增加會(huì)使此處的應(yīng)力峰值增大，峰值位置向煤層內(nèi)部轉(zhuǎn)移，發(fā)生沖擊破壞的媒體深度逐漸擴(kuò)大。 隨著工作面回采支撐壓力峰值逐漸向前移動(dòng)。壓力峰值位于工作面和巷道交叉點(diǎn)的位置，即工作面前方7.5-10米的區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)支撐壓力峰值集中程度高，發(fā)生沖擊失穩(wěn)的可能性較為強(qiáng)烈，同時(shí)，在工作面前方14-20米的范圍內(nèi)的護(hù)巷煤柱中同樣是發(fā)生沖擊失穩(wěn)的危險(xiǎn)區(qū)域。  參考文獻(xiàn) [1] 錢鳴高、石平五等，礦山壓力與巖層控制，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003 [2] 錢鳴高等，巖層控制中的關(guān)鍵層理論研究[J]，煤炭學(xué)報(bào)，V61.21 No.3 1996 [3] 竇林名等，堅(jiān)硬頂板對(duì)沖擊礦壓危險(xiǎn)的影響分析[[J]，煤礦開(kāi)采，Vol 8 No.2, 2003 [4] 姜福興，采場(chǎng)頂板控制設(shè)計(jì)及其專家系統(tǒng)[M]，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1995 [5] 錢鳴高等，采場(chǎng)覆巖中關(guān)鍵層上載荷的變化規(guī)律[Iii，煤炭學(xué)報(bào)，Vol.23 No.2,1998 [6] 杜計(jì)平等，支承壓力作用下深部巷道的變形規(guī)律[J]，礦山壓力與頂板管理No.4, 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