大倾角煤层综放开采冒落矸石充填特征及其对矿压显现影响规律研究

发布时间：2017-08-14 04:12

  本文关键词：大倾角煤层综放开采冒落矸石充填特征及其对矿压显现影响规律研究

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【摘要】：大倾角煤层是指埋藏倾角为35°~55°的煤层。当煤层倾角大于35°时,破断的顶板覆岩会沿着工作面底板向下滑滚并充填采空区下部区域,形成一条非对称充填带,该充填带改变了工作面顶板的约束条件,造成了矿山压力显现的非均匀和非对称性。研究大倾角煤层综放开采冒落矸石的充填特征及其对矿压显现影响规律,对于发展与完善大倾角煤层开采理论与技术具有重要意义。本文以长山子煤矿1125、1123大倾角煤层工作面为研究对象,通过物理相似模拟实验、数值分析、理论分析以及现场监测相结合的方法展开了研究,主要结论如下:(1)大倾角煤层开采后冒落矸石会向工作面下部采空区滚滑并充填,形成矸石密实充填区、充分充填区、少量或无充填区的非对称充填带。采空区密实充填区矸石密实充填具有一定强度。中部工作面采空区充满,充填松散,充填块度较大,充填强度低。上部工作面采空区少量充填,具有明显的分区特征。(2)在充填作用下,围岩破坏区、覆岩垮落拱、应力释放拱向采空区未充填区偏移,围岩塑性区范围随着充填比例的提高而减小。矸石充填区的矿压显现明显减弱,且充填比例越高,应力释放拱范围越小,应力值也越小,顶板垂直位移也越小。(3)大倾角煤层工作面基本顶岩梁上部呈受拉状态,下部呈受压状态且充填矸石对基本顶岩梁有非对称的支承作用,造成了应力分布的非对称性。基本顶岩梁会在中部偏上位置处断裂,从而形成非对称三铰拱结构。(4)针对长山子煤矿1125、1123工作面条件,监测并分析了支架受力状态。结果表明,1125工作面基本顶在距离工作面下端头45.7m左右发生断裂,断裂线位于工作面中部偏上位置31#支架区域。矸石接顶充填长度(矸石密实区和充分充填区长度之和)约为52.9m。工作面中部支架载荷最大,上部次之、下部支架载荷最小。工作面中部最先来压,其次上部工作面,最后下部工作面,具有明显的时序性。工程实践与物理相似模拟实验、数值计算、力学分析有较好的一致性。
【关键词】：大倾角煤层 矿压规律 覆岩运移 矸石充填
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD823.7
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 论文选题背景和意义8-9
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-18
• 1.2.1 国内大倾角煤层开采的发展历程9-11
• 1.2.2 国内外大倾角煤层开采岩层控制研究11-16
• 1.2.3 国外大倾角煤层开采方法的发展研究现状16
• 1.2.4 煤矿矸石充填开采研究现状16-18
• 1.3 研究内容18
• 1.4 研究方法和技术路线18-20
• 1.4.1 研究方案18-19
• 1.4.2 技术路线19-20
• 2 覆岩运移及充填规律物理相似模拟研究20-41
• 2.1 工程概况20-21
• 2.2 沿工作面倾向覆岩垮落、充填特征21-29
• 2.2.1 建立模型21-22
• 2.2.2 倾向覆岩动态运移及充填过程22-25
• 2.2.3 倾向覆岩位移及矿压显现规律25
• 2.2.4 沿倾斜方向支架工作阻力分布25-26
• 2.2.5 倾向覆岩运移及充填机理26-28
• 2.2.6 充填体特征总结28-29
• 2.3 走向实验过程及分析29-37
• 2.3.1 沿工作面走向覆岩运移规律29-37
• 2.3.2 走向覆岩运移规律总结37
• 2.4 采空区充填体特征及影响因素37-40
• 2.4.1 充填长度37-39
• 2.4.2 各因素对接顶充填长度的影响39-40
• 2.5 本章小结40-41
• 3 矸石局部充填采场覆岩运移规律数值模拟研究41-54
• 3.1 数值模拟软件及方案41-43
• 3.1.1 数值模拟软件41
• 3.1.2 数值模拟方案41-43
• 3.2 不同充填长度条件下采场覆岩运移规律43-52
• 3.2.1 不同充填条件下采场覆岩塑性区分布特征43-47
• 3.2.2 不同充填条件下采场覆岩应力分布特征47-51
• 3.2.3 不同充填条件下采场覆岩垂直位移51-52
• 3.3 本章小结52-54
• 4 大倾角煤层采场矿压模型分析54-59
• 4.1 工作面沿倾向基本顶力学模型的建立54-58
• 4.1.1 基本顶弯曲变形分析55-58
• 4.2 本章小结58-59
• 5 长山子煤矿大倾角煤层开采工程实例59-66
• 5.1 工程概况59
• 5.2 工作面基本顶断裂位置计算59-60
• 5.3 工作面矿山压力监测60-65
• 5.3.1 矿压观测方案60-61
• 5.3.2 支架受力特征61-63
• 5.3.3 工作面初次来压步距与周期来压步距63-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 主要结论66-68
• 参考文献68-73
• 致谢73-74
• 附录74

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本文编号：670670