近距离薄煤层群联合开采顶板破断机理研究

发布时间：2018-10-05 13:17

【摘要】：本文是以山西焦煤西山煤电集团公司官地煤矿2号、3号煤层为工程背景,运用理论计算、数值模拟和矿压观测等多种手段,对近距离薄煤层群联合开采顶板破断机理做了深入分析,结论如下:(1)本文结合官地煤矿2、3号煤层间顶板条件,将近距离薄煤层层间顶板按其岩性和节理裂隙发育情况分为3种,即:不稳定层间顶板结构、中等稳定层间顶板结构、稳定层间顶板结构。并根据这3种层间顶板结构,将其破断形式分为3种,即不稳定层间顶板结构为散体破断,中等稳定层间顶板结构为块体破断,稳定层间顶板结构为板式破断。(2)分别分析了三种层间顶板结构在下煤层工作面回采过程中的顶板破断机理,指出:(1)不稳定层间顶板结构为散体破断,此种结构强度较小,其层间直接顶会随着下煤层的开采而冒落,且冒落方式主要是散体块之间的滑移,此种结构的矿压显现非常微弱;(2)中等稳定层间顶板结构为块体破断,此种破断方式是以块体的垮落失稳为主,此种结构会有一定的矿压显现,但不剧烈;(3)稳定层间顶板结构为板式破断,由于此种结构的层间顶板比较完整,故将其看为一个薄板,且在工作面的回采过程中其层间顶板表现为O-X”型破断形式,由于此类层间顶板结构其直接顶岩层具有一定的强度,会形成一定的支撑结构,形成周期来压现象,故其矿压显现比较明显。(3)根据薄板矿压理论,建立了不同开采过程中的四种不同的板结构支撑模型,并对其破断规律进行了数值求解。得出首采工作面直接顶初次破断最是在长边和短边的中点处;首采工作面直接顶周期破断最是在长固边的中点和短固边距离采空区(?)处;接续工作面直接顶初次破断是在长固边距离采空区(?)和短固边的中点处;接续工作面直接顶周期破断是在长固边距离采空区(?)和短固边的(?)处。根据官地煤层3318工作面的工程实际,将各项数据带入公式计算后得出3318工作面初次来压步距为21.4m,周期来压步距为19.8m。(4)建立了上煤层单独开采时的数值模拟模型,通过对不同推进距离的上煤层工作面顶板垮落情况和矿压显现情况分析,确定了上煤层开采时其工作面上方直接顶岩层的顶初次断裂发生在工作面向前开采到25m时,而周期断裂步距为20m左右。(5)建立了三种不同顶板结构条件下的下煤层开采数值模拟模型。并对其下煤层3号煤工作面在不同推进距离下的顶板下沉情况以及来压情况进行了分析。得出:(1)对于不稳定层间顶板结构,由于其层间直接顶为软弱泥页岩且节理裂隙发育,再加上上煤层的采动影响,其直接顶变为非常破碎的散体结构,在下煤层的开采过程中,这种散体结构的顶板几乎没有任何支撑作用,表现为其顶板随着工作面的向前推进持续冒落,这也就解释了这种层间顶板结构开采时矿压显现非常微弱的显现。(2)对于中等稳定层间顶板结构,在下煤层的开采过程中,同不稳定层间顶板结构不一样,此类顶板结构有一定的支撑能力,其直接顶垮落也不是随采随冒,而是相对于工作面推进有一个5~10m的滞后距离。这正是说明了,此类顶板结构的各个块与块之间在工作面的回采过程中形成了相互支撑的情况,但由于块体自身尺寸的限制,并不能形成长距离的支撑,所以才会出现5~10m的滞后距离。(3)对于稳定层间顶板结构,在下煤层的开采过程中,其直接顶中较坚硬的岩层形成类似于薄板的结构,故在开采过程中,能够出现初次垮落、周期垮落的现象。在层间距为8m,直接顶为4m厚较坚硬岩层的情况下,经过上述分析可得出下煤层3号煤工作面直接顶的初次垮落步距为20~25m内,下煤层3号煤工作面直接顶繁荣周期垮落步距为20m左右。(6)通过官地煤矿提供的3318工作面数据,对3318工作面矿压数据规律进行了分析。得出了3318工作面初次来压步距为23.8m,3318工作面周期来压步距为21.3m。这与前面的理论计算以及数值模拟的结果相吻合。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD327.2

【参考文献】