近距离煤层群重复采动下过断层区工作面矿压规律研究

发布时间：2020-07-13 21:50

【摘要】：为深入认识重复采动条件下工作面过断层的矿压规律,论文结合贵州某矿地质条件,采用理论分析、相似模拟实验、计算机数值模拟与现场实测相结合的方法,系统研究重复采动条件下工作面过断层矿压显现规律,探讨了工作面过断层的技术措施,可为类似矿井的工作面过断层开采条件提供一定参考。论文结合矿井地质资料,应用理论分析探讨了上行开采的可行性;运用“三带”判别法、比值分析法、围岩破坏法方法得出了该矿煤层上行重复开采可行;并分析了断层滑移失稳的力学特性。根据重复采动条件下工作面过断层覆岩裂隙发育、覆岩运动规律及断层附近的应力变化特征进行了相似模拟实验,结果表明:下煤层工作面开采引起覆岩裂隙大幅度发育,在断层附近裂隙达到峰值,远离断层区覆岩裂隙逐步压实减小。重复采动工作面接近断层的过程中,覆岩裂隙随着与断层距离的减小而逐渐上升,在断层附近裂隙达到峰值;与单一煤层开采相比,覆岩裂隙发育更加充分,受断层影响更为强烈。同时,断层面正应力、剪应力与工作面的一次采动和重复采动呈现出各不相同的应力变化特征。重复采动时随着工作面靠近断层,断层面正应力、剪应力增大;当工作面远离断层后,其正应力、剪应力均大幅下降且维持在一定应力水平。而重复采动工作面随着与断层距离的变化,顶板垮落呈现一定的“时空”效应。运用计算机数值模拟分析重复采动工作面过断层覆岩应力、断层面正应力及剪应力在断层上下盘不同方向推进过程中的应力变化,研究得出:工作面重复采动过程中覆岩应力集中现象随工作面与断层的接近而更加明显,工作面位于断层附近应力集中达到峰值,重复采动工作面过断层后覆岩应力随着工作面的推进逐渐降低最后恢复至正常水平;断层面应力随工作面接近而上升,断层底部、中部、顶部正应力、剪应力表现有一定的差异;而重复采动工作面从上下盘不同方向过断层时,断层上盘应力相对下盘开采应力更大,断层中部应力对工作面扰动响应更为“敏感”,断层面底部次之,断层面顶部相对滞后。通过现场实测重复采动工作面过断层工作面支架阻力与煤壁片帮长度,结果表明:断层附近工作面支架阻力可分为“高压区”和“低压区”,“高压区”内煤壁片帮长度明显增加,针对断层区工作面压力大的特点,建议此区域应加强设备维护管理、加快工作面推进速度、加强顶板加固支护。
【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】：TD323
【图文】：

路线图,研究技术,路线图,矿压规律

3）工作面对断层的扰动作用研究主要集中于单次扰动，针对重复采动工作次扰动对断层面的应力状态研究仍需进一步加深认识。因此，文章以贵州某矿为背景，分析重复采动工作面过断层覆岩应力与断正应力、剪应力变化。针对矿井现场实测，提出相关的过断层的建议。3 研究技术路线本文运用理论分析、物理相似模拟实验、数值模拟软件 FLAC3D以及现场层附近矿压规律等方法相结合分析课题。其技术路线如图 1-1 所示。课题组讨论，文献检索近距离煤层群重复采动下过断层区工作面矿压规律研究论分析相似模拟数值模拟现场实测

测量仪器,岩层

3.0 0.3 1.8 10:1 100:1 1.6:1 160:1 160:1 1.2重复开采的 6#煤层距离地表高度 534.0m，岩层距离地表最远为 610.8m，模型高 160m，上方 450.8m 岩层自重产生的压力采用加压补偿的方式进行加压，岩层容重按 28KN M-3均值计算，则 450.8m 的埋深所产生的压强值为：=γ Η=28KN"m3×450.8m=12.622 ΜPa式中：α-压强；γ-岩层容重；Η-埋深。根据实验室模型架的实际尺寸与几何相似比，加载压力为：F= s α =12.622×106×3×0.3 160=70.09 KN式中：F-压力；s-岩层底面积；α -应力相似比3.2 实验仪器及测点布置3.2.1 实验仪器本实验运用相似模拟实验架，采用平面应变模型，以及 DH-3816N 静态应变测试分析系统，应力应变片若干。同时实验室拥有两部台式计算机，液压压力泵，高速防爆摄像机一台，红外全站仪一架。部分实验仪器如图 3-1 所示。

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图 3-3 实验模型正面图3.3 重复采动工作面向断层推进实验过程与结果分析3.3.1 重复采动过程中工作面矿压显现规律在自然状态下，将模型干燥 14 天，先开采下部 10#煤层（为方便描述，将10#煤层称为下煤层，6#煤层称为上煤层）。实验开始之前，先应力应变系统检查并进行调零操作，顶板的压力补偿装置进行微加压，本次实验开采 30 分钟后待开采稳定后再继续开挖。其稳定时间过程中进行数据整理。重复采动工作面过断层实验部分过程如下图 3-4 所示。\\\（a）下煤层推进 40m （b）下煤层推进 60m （c）下煤层推进 80m

【参考文献】