浅埋煤层长壁开采顶板岩层灾害机理研究

发布时间：2020-10-22 04:18

　　 在我国西北地区,有大量的浅埋煤层,其典型的赋存特征是埋藏浅、基岩薄、上覆厚松散沙层。长壁开采实践表明,顶板关键层破断后不易形成自身稳定结构,且其破断后的运动直接波及地表。浅埋煤层采场矿压显现剧烈,对矿井的安全开采带来了严重的挑战。因此,对浅埋煤层顶板关键层灾害机理的研究具有重要的意义。根据缓倾斜浅埋煤层顶板关键层的赋存特点和长壁开采顶板关键层的断裂下沉特征,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了初次来压时顶板关键层的后屈曲性态和非稳定性态,确定了缓倾斜顶板关键层的临界载荷,得到了缓倾斜顶板关键层的破断步距和断裂下沉的计算公式,求出了顶板破断后的断裂下沉量和回转角,建立了缓倾斜煤层顶板关键层台阶下沉和回转失稳的判据,确定了有无支护时顶板的台阶下沉量。基于地表下沉预测研究的边值提法,对缓倾斜煤层开采时由于顶板关键层破断引起的地表沉陷规律进行了探讨,给出了缓斜煤层采空区上覆岩土层任一点的位移和地表下沉的计算公式,确定了地表沉陷的范围。论文最后以神东矿区大柳塔C202和1203工作面为工程实例,进行了工程验证分析。研究结果表明,应用初始后屈曲理论可以揭示缓倾斜浅埋煤层顶板关键层分岔点平衡构形和屈曲后平衡路径的稳定性;煤层赋存条件、岩层倾角、岩体材料及结构截面的几何尺寸都会影响分岔点平衡路径的稳定性;顶板从破断至断裂下沉其平衡路径不稳定;顶板破断后岩块处于非平衡状态,岩块的台阶下沉与回转失稳必居其一;台阶下沉是由单一岩块逆向回转引起的,台阶下沉与断裂下沉之间存在着确定的关系;回转失稳是由两岩块相向回转形成的,结构呈瞬变体系是回转失稳的充分条件;地表沉陷的变形特征及地表的最大下沉量,不仅与煤层上方岩层及表土层的厚度、岩性、倾角等赋存条件有关,还与破断后岩块的移动曲线有关,并且后者影响的程度更大。综合应用初始后屈曲理论和突变理论,可根据顶板结构的结构特征、岩体材料以及上覆厚松散沙层等赋存状况,确定长壁工作面初次来压期间缓倾斜顶板关键层可能出现的灾害形式。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD327.2
【部分图文】：

图 2.1 浅埋煤层覆岩关键层结构分类厚单一关键层结构.2(a)为厚硬单一关键层结构的示意图，从图中可知该关键层结构只有且和煤层之间仅隔一层薄质岩层，与其它关键层相比厚度和强度都单一关键层结构厚度很大，当其破断时会出现剧烈的矿压显现，不仅

9图 2.2 浅埋煤层覆岩关键层结构硬厚单一关键层结构在 4 类顶板关键层结构中并不常见，国内在山西大同矿区的浅埋煤层中有此种关键层结构，国外在印度的一些浅埋煤层中也有存在。图 2.3 为山西大同矿区马脊梁矿区 38354 工作面煤层覆岩关键层位置的判别结果，根据图 2.3 可知，2#

9图 2.2 浅埋煤层覆岩关键层结构硬厚单一关键层结构在 4 类顶板关键层结构中并不常见，国内在山西大同矿区的浅埋煤层中有此种关键层结构，国外在印度的一些浅埋煤层中也有存在。图 2.3 为山西大同矿区马脊梁矿区 38354 工作面煤层覆岩关键层位置的判别结果，根据图 2.3 可知，2#
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 贾后省;马念杰;赵希栋;;浅埋薄基岩采煤工作面上覆岩层纵向贯通裂隙“张开—闭合”规律[J];煤炭学报;2015年12期

2 ;推动能源生产和消费革命战略研究[J];中国工程科学;2015年09期

3 范立民;马雄德;冀瑞君;;西部生态脆弱矿区保水采煤研究与实践进展[J];煤炭学报;2015年08期

4 郝彬彬;王春红;洛锋;;基于关键层理论的地表沉陷规律研究[J];煤炭技术;2015年04期

5 ;国务院办公厅发布《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》[J];煤化工;2014年06期

6 王家臣;王蕾;郭尧;;基于顶板与煤壁控制的支架阻力的确定[J];煤炭学报;2014年08期

7 刘学生;宁建国;谭云亮;;近浅埋煤层顶板破断力学模型研究[J];采矿与安全工程学报;2014年02期

8 屠洪盛;屠世浩;陈芳;王沉;冯宇峰;;基于薄板理论的急倾斜工作面顶板初次变形破断特征研究[J];采矿与安全工程学报;2014年01期

9 杨治林;;缓斜煤层长壁开采基岩老顶的不稳定性态[J];岩土工程学报;2013年S2期

10 黄长国;华心祝;;运用弹性薄板理论预测采煤工作面基本顶来压步距[J];煤矿安全;2013年05期

相关博士学位论文 前2条

1 李金华;浅埋煤层采场覆岩破坏及地表移动规律研究[D];西安科技大学;2017年

2 张沛;浅埋煤层长壁开采顶板动态结构研究[D];西安科技大学;2012年

相关硕士学位论文 前1条

1 杨菊花;浅埋煤层顶板岩层结构的非稳定性态分析[D];西安科技大学;2010年

本文编号：2851082