近距离煤层采空区下工作面覆岩破断规律研究

发布时间：2024-03-07 21:43

　　开采采空区下近距离煤层时,煤层间采动影响相互叠加,导致各煤层间覆岩移动量、应力卸压区与集中区相互叠加影响,采场应力分布和岩层移动变得更加复杂,矿压显现规律与单一煤层开采差异显著,对采空区下工作面顶板控制和安全高效生产提出了更高的要求。为了得到采空区下工作面覆岩破断规律及其支护强度,采用理论分析、数值模拟、相似模拟和现场验证等手段进行研究,得到的主要研究结论有:根据煤层间距及上部煤层开采后对层间岩层的破坏情况,将下煤覆岩结构分为层间无基本顶、层间完全损伤基本顶、层间部分损伤基本顶和层间完整基本顶,并得到其分类判据。其中,层间无基本顶和层间完全损伤基本顶覆岩破断规律与单一煤层开采区别明显,层间部分损伤基本顶和层间完整基本顶覆岩破断规律接近于单一煤层开采。通过数值模拟得到,上部单一煤层工作面开采时,应力集中系数K不断增大,前期增长迅速后期缓慢。继续开采下部煤层,以层间完全损伤基本顶结构为例,开采初期K有小幅回落,中期平稳增长,后期降低,两煤层间塑性破坏区域变化不明显,说明下部煤层开采时已无明显周期来压。影响各类覆岩结构破断规律的主要因素为上部煤层底板破坏深度和煤层间距。以下峪口矿3煤2330...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及其意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 采场上覆岩层结构理论研究现状
        1.2.2 回采工作面底板采动破坏研究现状
        1.2.3 近距离煤层下行开采覆岩破断研究现状
        1.2.4 存在的问题
    1.3 研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 技术路线
2 近距离煤层覆岩结构分类及其支护强度分析
    2.1 采空区下近距离煤层覆岩结构类型分析
    2.2 采空区下工作面不同类型覆岩支护强度模型建立
        2.2.1 下部煤层覆岩结构判别
        2.2.2 单一煤层支护强度确定方法
        2.2.3 层间无基本顶、完全损伤基本顶支护强度模型
        2.2.4 层间未完全损伤基本顶支护强度模型
    2.3 本章小结
3 近距离煤层开采覆岩破坏三维数值模拟分析
    3.1 模型建立及模拟方案
        3.1.1 建立数值模拟模型
        3.1.2 数值模拟方案
    3.2 上部煤层开采覆岩破断规律分析
    3.3 层间无基本顶结构开采覆岩破断规律分析
    3.4 层间完全损伤基本顶结构开采覆岩破断规律分析
        3.4.1 覆岩采动位移变化规律分析
        3.4.2 采空区下工作面回采煤层间岩层应力演化规律分析
        3.4.3 覆岩破断及演化规律分析
        3.4.4 覆岩应力形态演化规律分析
    3.5 本章小结
4 近距离煤层采动覆岩破断规律物理模拟
    4.1 物理模拟模型设计与制作
        4.1.1 模拟原型概述及相似参数的确定
        4.1.2 相似材料配比
        4.1.3 实验台应力传感器及位移测点布置
    4.2 单一煤层开采覆岩破断规律及底板应力变化分析
        4.2.1 单一煤层开采覆岩破断规律分析
        4.2.2 单一煤层开采覆岩位移规律分析
        4.2.3 单一煤层采动底板应力变化分析
    4.3 采空区下工作面覆岩破断规律分析
        4.3.1 采空区下工作面覆岩破断规律
        4.3.2 采空区下工作面覆岩位移规律
        4.3.3 覆岩“两带”高度分析
    4.4 本章小结
5 采空区下工作面覆岩破断规律工程实践
    5.1 工程概况
    5.2 采空区下工作面覆岩结构判定及其支护强度理论计算
        5.2.1 理论计算流程
        5.2.2 上部煤层底板破坏及覆岩结构分类
        5.2.3 层间完全损伤基本顶支护强度计算
    5.3 采空区下工作面矿压观测分析
        5.3.1 矿压观测目的及观测方案
        5.3.2 矿压观测结果分析
        5.3.3 周期来压与随采随落工作面支架支护要求分析
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 研究结论
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3921687