五轮山矿1805工作面顶板“三带”发育规律研究

发布时间：2020-05-17 02:27

【摘要】：本论文以贵州五轮山煤业有限公司五轮山煤矿8#煤层1805工作面为研究区域。该煤层存在瓦斯抽放难度大的问题,在进行瓦斯抽放之后,仍有局部区域瓦斯含量高于8m~3/t。通过对1805工作面8煤顶板冒落带、裂隙带及弯曲下沉带的高度划分和发育情况研究,获得8煤顶板上覆岩层变形与破坏发育规律,指导五轮山煤矿8#煤层顶板防治水工作以及上部邻近煤层6#煤层瓦斯抽采,加强对8#煤层及上部可采煤层瓦斯的管理,也为类似开采条件的煤矿提供指导。为了掌握煤层上覆岩受开挖影响的移动规律,对开挖过程进行FLAC3D数值模拟研究,分析了开挖过程中煤层上覆岩的应力、位移、塑性变形变化规律。煤层开采后,沿煤层走向剖面,上覆岩层的应力分布形态为梯形,从中心往两边脚应力逐渐增大;垂直应力为圆角矩形,矩形范围随着开挖深度的增加而增大;水平截面上,随着距顶板垂直高度的增加,垂直应力形态分布呈现为椭圆形;上覆岩层的总位移主要为向下位移,并且向采空区中心靠拢。根据现场情况及经验公式计算出裂隙带预计最大高度为36.8m,观测钻孔开孔位置选择在1805工作面运顺5#钻场顶板,开孔高度2.4m,布置3个观测钻孔,采用YTJ-20型岩层探测记录仪钻孔摄像法进行静态观测。采用WBD-1型网络并行电法进行动态监测,监测钻孔开孔位置选择在1805工作面运顺1#钻场顶板,1号探测孔为仰角孔,钻孔实际仰角为64,与巷道之间夹角为60,偏向工作面内一侧,用于监测裂隙带发育过程。2号钻孔与1号钻孔处于同一开孔位置,仰角为34°,与巷道之间夹角60°,偏向工作面内一侧,用于监测冒落带发育过程。两种方法相互印证,实现区域动态监测与局部静态观测相结合,确定采动后冒落带的发育高度为7~9m,裂隙带的发育高度为30~37 m,顶板岩层37m以上段岩层为弯曲下沉带。8号煤层顶板没有岩层形成起决定性作用的主关键层,8.07m细砂岩为主关键层,此主关键层决定1805采空区冒落带高度;此岩层在回采过程中破断,造成顶板滑落失稳变形,形成8煤采空区与邻近层6-3煤层的瓦斯涌出通道,6-3煤层瓦斯大量涌入1805工作面采空区。
【图文】：

模型参数

贵州大学硕士学位论文五轮山矿 1805 工作面顶板“三带”发育规律研究3 采动应力场演化 FLAC3D数值模拟本文使用 FLAC3D数值模拟软件对 1805 工作面采掘过程中上覆岩层的应力变化以及裂隙发育过程进行模拟研究，FLAC3D采用了显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确地模拟材料的塑性破坏和流动。该软件基于有限差分法理论分析岩土体内部的变形和破坏机理大大提高了工程项目的目的性和准确度，提高生产率，降低劳动成本。3.1 模型建立本次模拟以五轮山煤矿 1805 工作面作为对象，在对矿井开采现场情况深入分析并加以抽象和合理简化的基础上，针对涉及岩层多是层状的情况，采用 Brick模型，，岩性相近的归位一组岩层。如图 3-1。

分布图,垂直应力,沿走向,分布图

图（f）开挖 120m 垂直应力图（走向剖面）图 3-2 沿走向剖面的垂直应力分布图随着采煤工作面连续推进，由于煤层的采出，致使采空区顶板覆岩的应力发生区域性变化，从图上可以看出，应力集中区域为蓝色部分，卸压区域为图上红色部分，图中的对称压力分布区域位于采空区的上部，压力主要集中在两边脚，压力集中区域主要分布在采煤工作面区域及其周边即将要开采区域，而卸压区域随着采煤工作面的推进而不断扩大，但是压力最为集中的区域仍是两边脚。由图中可见，煤层前方岩层在开挖过程中经历了如下状态：压力平衡—压力平衡变化—压力集中顶峰—卸压—卸压平衡。在此过程中上覆岩层卸压区域的高度最终将维持在一定高度。模拟进行下一步，从开切眼位置作出倾向剖面，从而分析垂直方向的受力情况，更为深入了解随着采面的不断推进，老采空区的发育情况。不同开挖深度下开切眼处围岩的倾向剖面垂直应力情况如图 3-3。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD327.2

【参考文献】