柠条塔矿近距离煤层群开采覆岩破坏及裂隙带发育高度研究

发布时间：2022-10-04 12:01

　　陕北矿区浅埋煤层群储量丰富,普遍存在多层主采煤层。其浅埋条件下煤层群开采的矿压规律、覆岩破坏及其裂隙带发育高度特征是区域煤炭资源开发面临的重要问题之一。其中,近距离煤层群开采由于岩体的重复采动影响,覆岩变形破坏的空间结构探测更具难度,覆岩破坏及采动裂隙发育更加剧烈,严重影响陕北矿区生态环境保护和煤炭资源安全绿色开采。对浅埋近距离煤层群开采的覆岩破坏及裂隙带发育规律的研究将有效促进区域煤炭资源高效开发。本文以柠条塔煤矿近距离煤层群开采为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、物理相似模拟及分布式光纤传感技术等多种研究方法,开展了浅埋近距离煤层群开采覆岩破坏与裂隙带发育规律的研究。基于开采沉陷规律研究了浅埋近距离煤层群开采的“两带”高度预计方法;通过物理相似模拟分析工作面回采过程中,上覆岩层破坏过程以及裂隙带发育高度,利用分布式光纤对采空区上覆岩层内部的拉压应力状态进行实时监测,基于光纤频移变化度表征了工作面来压并进行了对比验证;采用FLAC3D研究了重复采动过程中覆岩的塑性区分布特征,得到了近距离煤层群开采的裂隙带发育高度;最后将理论计算、模拟实验与数值模拟结果进行对比分析验证,得出了浅埋... 

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 浅埋煤层开采研究现状
        1.2.2 采动覆岩裂隙带发育高度研究现状
        1.2.3 光纤传感监测技术研究现状
    1.3 研究内容、研究方案及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方案
        1.3.3 技术路线
2 煤层群开采覆岩破坏高度分析
    2.1 浅埋近距离煤层群的定义
    2.2 覆岩关键层结构及破断特征
        2.2.1 关键层位置的判别
        2.2.2 重复采动覆岩关键层结构
        2.2.3 浅埋近距离煤层群重复采动单一关键层结构的破断失稳特征
    2.3 煤层群开采覆岩移动理论分析
        2.3.1 上覆岩层分带基础理论
        2.3.2 煤层群开采覆岩裂隙带规律
    2.4 本章小结
3 浅埋近距离煤层群开采模型实验
    3.1 模型实验设计
        3.1.1 工程背景
        3.1.2 垮落带与裂隙带发育高度计算
        3.1.3 模型尺寸与相似比确定
        3.1.4 模型相似材料配比与分层厚度
    3.2 监测系统布置
    3.3 模型铺装
    3.4 实验过程
        3.4.1 1~(-2)煤工作面的回采过程
        3.4.2 2~(-2)煤工作面(重复采动)的回采过程
    3.5 采场覆岩垮落规律
        3.5.1 1~(-2)煤回采覆岩垮落规律
        3.5.2 2~(-2)煤回采(重复采动)覆岩垮落规律
    3.6 本章小结
4 重复采动覆岩破坏的光纤测试
    4.1 光纤的温度定位实验
    4.2 光纤监测数据分析
        4.2.1 1~(-2)煤工作面回采光纤数据分析
        4.2.2 2~(-2)煤工作面回采(重复采动)光纤数据分析
    4.3 光纤频移变化度来压判别
        4.3.1 光纤频移变化度
        4.3.2 光纤来压测试结果分析
        4.3.3 光纤频移变化度来压表征验证
        4.3.4 矿压显现程度对比分析
    4.4 本章小结
5 煤层群开采数值模拟
    5.1 模型建立
    5.2 模型开挖与数值模拟结果分析
        5.2.1 1~(-2)煤工作面数值模拟结果分析
        5.2.2 2~(-2)煤工作面(重复采动)数值模拟结果分析
    5.3 煤层群开采裂隙带发育高度对比分析
    5.4 本章小结
6 结论
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]浅埋煤层群覆岩与地表裂隙发育规律和形成机理研究[J]. 黄庆享,杜君武,侯恩科,杨帆.  采矿与安全工程学报. 2019(01)
[2]多煤层重复采动导水裂隙带高度观测技术研究[J]. 王振荣,赵立钦,康健,贾林刚.  煤炭工程. 2018(12)
[3]浅埋近距离煤层群分类及其采场支护阻力确定[J]. 黄庆享,曹健,贺雁鹏,王碧清,苗彦平,李军.  采矿与安全工程学报. 2018(06)
[4]浅埋近距离双厚煤层开采覆岩裂隙发育规律[J]. 潘瑞凯,曹树刚,李勇,李国栋.  煤炭学报. 2018(08)
[5]巨厚砾岩层下采场支承压力分布的理论及试验研究[J]. 柴敬,王丰年,张丁丁,李毅,钱云云,彭钰博,袁强.  西安科技大学学报. 2018(01)
[6]浅埋煤层重复采动覆岩裂隙及漏风通道演化模拟研究[J]. 余明高,滕飞,褚廷湘,晁江坤,李品.  河南理工大学学报(自然科学版). 2018(01)
[7]近浅埋煤层大采高工作面双关键层结构分析[J]. 黄庆享,周金龙,马龙涛,唐朋飞.  煤炭学报. 2017(10)
[8]厚松散层薄基岩下重复采动覆岩破坏高度综合研究[J]. 张永刚,刘延欣,武宇亮.  煤炭技术. 2017(08)
[9]基于光纤系统的物理相似模型温度分布与演化特征[J]. 柴敬,刘奇,张丁丁,宋军,李毅,袁强.  煤炭学报. 2017(05)
[10]浅埋近距煤层群开采扰动载荷传递作用分析[J]. 曹建涛,来兴平,葛睿智.  西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2017(02)

博士论文
[1]采动覆岩变形的分布式光纤检测与表征模拟试验研究[D]. 袁强.西安科技大学 2017
[2]岩体变形与破坏光纤传感测试基础研究[D]. 柴敬.西安科技大学 2003



本文编号：3684990