双煤层重复采动下覆岩变形破坏特征及导高发育研究

摘要

我国是煤炭大国,如何安全合理高效地开发煤炭资源是煤矿生产中的重要工作。对于近距离煤层,因为层间距离小,工作面在开挖过程中容易受到来自其它煤层采动的影响。部分煤层顶底板结构在开始开采前就已经发生破坏变形,这使得煤矿生产工作的安全性大大减低,因此对于近距离煤层覆岩裂缝发育规律的研究具有重要意义。
　　本文以矿区工程地质条件、钻孔和抽水试验资料为基础,对矿区地质特征与水文地质类型进行分析。依据煤矿生产的实际情况,采用数值模拟、相似模型试验与理论分析就矿区4、5煤层重复采动造成的上覆岩层裂缝发育规律进行了深入的研究。
　　通过相似模拟试验,当双煤层(4、5煤)回采完成时垮落带高度为26.0m,导水裂缝带发育高度为68.5m。通过数值分析,对不同煤层间距和不同采厚下的近距离煤层开采问题进行了模拟,分析了双煤层采动过程中覆岩的应力场和位移场变化特征,双煤层回采完成时垮落带高度为28.4m,导水裂缝带发育高度为64.0m。分析得出:近距离双煤层开采条件下,上层煤(4煤)开采中,顶板岩层裂缝带发育规律与单煤层开采规律一致,下层煤顶板岩体因为4煤开采受到周期性的压力发育较多裂缝;下层煤(5煤)回采时,在5煤层顶板失稳之前,其覆岩整体垮落带没有太大变化,裂缝发育的叠加效应不明显。5煤层顶板开始出现局部或整体位移后,整体裂缝带发育高度和范围开始进一步加大,变化速率先慢后快再次平缓。总体上回采的扰动作用使得原有裂缝进一步发育,体现出近距离双煤层开采有着一定的叠加效应。在对5煤层顶板损伤深度的研究基础上,根据工程力学和材料力学相关理论分析,提出了双煤层开采存在相互影响时的煤层间距计算方法,对于下煤层开采,如果两煤层的间距小于判据?,则两煤层可以看作是近距离煤层,下煤层开采对上煤层顶板覆岩破坏有较大影响,反之可以按单一煤层考虑。

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1 绪论

1.1 概述（Introduction）

1.2国内外研究现状（Research Status at China and Abroad）

1.3存在的问题（Existing Problems）

1.4研究内容及技术路线（Research Contents and Technical Routes）

2研究区地质条件

2.1矿区概况（Introduction）

2.2区域地质简况（Regional Geological Conditions）

2.3含煤地层（Coal-Bearing Stratum）

2.4本章小结（Summary）

3 覆岩变形破坏模型试验研究

3.1相似理论和相似材料（Similarity Theory and Similar Materials）

3.2 实验现象描述（Description of Experimental Phenomena）

3.3数据整理和结果分析(Data Collation and Results Analysis)

3.4小结(Summary)

4 重复采动顶板破坏数值模拟

4.1 数值模拟软件的选择（ The Choice of the Numerical Simulation Software）

4.2 数值模型设计（The numerical model design）

4.3 煤层开采模拟结果分析（Simulation Results Analysis of Coal Seam Mining）

4.4 小结（Summary）

5 重复采动裂缝发育高度分析

5.1煤层采厚对上煤层的影响(The Influence of Mining Thickness on the Upper Coal Seam)

5.2煤层间距对上煤层的影响(The Influence of Thickness of Inter burden on the Upper Coal Seam)

5.3 近距离煤层定义及两煤层产生相互影响的临界条件分析(Meaning of Close Distance Seams and Critical Condition of Interactions of two Coal Seam )

5.4 覆岩在损伤状态下的破坏趋势(Overburden Failure Trends under the Damage State)

6结论与展望

6.1主要结论(Conclusions)

6.2展望(Prospects)

参考文献

作者简历

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