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煤炭行业进入新世纪发展阶段以来,高产高效开采成为主旋律。我国煤炭资源赋存条件较为复杂,尤其是东西部地区地质条件差异较大,煤岩赋存条件的不同直接影响采场围岩活动的规律。目前还缺乏对于煤岩倾角影响下采场覆岩运动规律及围岩应力场变化规律的细致研究工作,为此,本文在前人研究基础上,以走向长壁综放采场为研究对象,采用理论分析、数值模拟分析、相似材料模拟试验及现场监测等综合研究方法进行相关研究。 建立采场覆岩结构运移模型,给出不同倾角综放采场覆岩垮落形态特征;建立采场顶板结构力学模型,推导出煤岩倾角α与采场倾向覆岩结构岩梁最大挠度发生点距梁端的岩梁长度u的关系式:α(u)=arcsin(-10Hu3+3HLu2+6H/-5Lu4+10Lu3+3L2u2+7H)(仅受覆岩载荷)α(u)=arccos(9EIL/2(ρ)gu(6u-5L))(仅受岩梁自重);通过对采场双向(走向和倾向)支承压力分布规律进行分析,得出倾角对塑性区范围影响规律,即:倾角越大,煤壁前方走向及两顺槽侧向煤柱支承压力塑性区范围差异就越大。 建立采场仿真试验模型,采用数值模拟与相似材料模拟相结合,从矿压及矿压显现的角度分析煤岩倾角对采场围岩活动的影响。主要结论如下:(1)矿压规律不同。随着倾角增大,采场双向应力分布及巷道垂直应力分布发生变化,前方应力峰值距煤壁距离减小,应力影响范围也减小;顶板高度压力值减小,工作面顶板压力变化影响较大,巷道顶板受垂直压力整体变小,巷帮垂直应力减小,下顺槽受压力也增大,应力集中系数较高,巷帮出现明显应力集中区和卸压区。(2)矿压显现规律不同。随倾角增大,上段较强,中段次之,下段较弱;覆岩破坏形态不同,上段变形层位高,中段次之,下段最小。