孤岛综放采场覆岩运动破坏特征和矿压显现研究

摘要

孤岛综放工作面上覆岩层运动规律和矿压显现规律与非孤岛开采条件下有很大差别.该文通过数值模拟分析、现场实测研究等多种方法,研究了济宁二号煤矿23<,下>03孤岛工作面的上覆岩层运动规律和矿压显现规律,得到了孤岛开采条件下上覆岩层运动规律和矿压显现规律.对比一般采场非孤岛开采时上覆岩层运动规律,孤岛开采条件下覆岩离层和断裂高度明显增大.通过数值模拟分析,得到了覆岩离层及其演化规律和覆岩断裂及其演化规律:(1)开采第4个剩余的孤岛工作面后,下部开采区域连通,总宽度约800m,并最终在工作面上方出现马鞍型的顶部离层展步布形态,相当于一个工作面面长,约28倍采厚高度的鞍底位于开采区域的中心上方,外侧边界工作面正上方为鞍前、后离层高度最大的位置,最大高度约34倍采厚.鞍形离层区的宽度约为开采总宽度的0.68倍.(2)开采第4个孤岛工作面后,下部开采区域连通,总尺度约800m,导致上部4个断裂区域的再次连通,并最终出现不对称的梯形断裂边界,最大断裂高度迅速扩大至27倍采厚,即孤岛工作面开采时,不仅导致该工作面上覆岩层断裂高度增大至26倍采厚,同样引发了原一侧采空第3个工作面覆岩断裂高度迅速扩大至27倍采厚.根据现场实测的巷道内矿压显现的研究,将工作面的整个回采过程划分了4个阶段,分析了每个阶段内超前支承压力的显现特征和上覆岩层运动规律:(1)工作面从切眼位置开始推进至110m范围为第一阶段;从110m到200m的范围为第二阶段;200m到730m位置为第三阶段;730m到工作面结束为第四阶段.(2)第一阶段内支承压力相对较小,变化比较平稳.第二阶段内,超前支承压力产生显著的变化,推进200m时,达到了工作面推进过程中的超前支承压力第一个高峰.第三阶段内超前支承压力进入有规律的相对平稳运动阶段,超前支承压力影响范围为140~250m.第四阶段内煤壁前方超前支承压力达到了整个回采过程的最大值.(3)随着工作面的推进,煤壁前方上覆高位岩层(组)共发生了两次比较大的断裂运动.(4)小煤柱侧侧向支承压力分布特征,应力峰值位于小煤柱内1.8~3.2m之间.(5)实体煤侧侧向支承压力分布特征是应力自巷道向实体煤内逐渐增加,峰值位置在实体煤内8m以远.孤岛工作面上覆岩层运动规律和采场矿压显现规律的研究将为确定巷道合理支护和有效控制技术、灾害防治技术等进行综合研究奠定理论基础,是确保回采工作面安全高效生产的必要技术基础工作.

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2国内外概况

1.3主要研究内容

2研究方法概述

2.1现场实测研究

2.1.1现场实测观测条件

2.1.2现场实测研究方法

2.2数值计算分析研究

2.2.1数值计算分析软件RFPA简介

2.2.2数值计算分析目的及模型构造

2.3综合分析

3孤岛综放采场上覆岩层运动和破坏研究

3.1不同采动条件回采工作面覆岩离层

3.1.1两侧实体煤孤立工作面开采覆岩离层范围

3.1.2两侧实体煤非孤立工作面开采覆岩离层范围

3.1.3一侧采空第3个工作面开采覆岩离层范围

3.1.4孤岛工作面开采覆岩离层范围

3.2不同采动条件回采工作面覆岩破坏

3.2.1两侧实体煤孤立工作面开采覆岩断裂范围

3.2.2两侧实体煤非孤立工作面开采覆岩断裂范围

3.2.3一侧采空第三个工作面开采后覆断裂范围

3.2.4孤岛工作面开采覆岩的断裂破坏范围

3.3孤岛工作面形成过程中煤岩体应力分布特征

3.4煤柱稳定性

3.5本章小结

4孤岛综放采场矿压显现规律和顶板运动

4.1顶板运动和矿压显现

4.1.1直接顶的运动特征

4.1.2老顶的运动特征

4.2矿压实测分析

4.3矿压控制方案

4.3.1综放工作面端面冒顶控制的原则和基本特点

4.3.2日常生产管理中的技术措施

4.3.3特殊条件下的围岩加固及控制技术

4.3.4高位顶板大面积来压的控制

4.4本章小结

5孤岛综放超前支承压力分布特征及其规律

5.1矿压监测仪器的布置

5.2实体煤侧超前支承压力分布特征

5.2.1第一阶段超前支承压力分布特征及其变化规律

5.2.2第二阶段超前支承压力分布特征及其变化规律

5.2.3第三阶段超前支承压力分布特征及其变化规律

5.2.4第四阶段超前支承压力分布特征及其变化规律

5.3小煤柱内的支承压力分布特征

5.4侧向支承压力的分布特征

5.4.1小煤柱一侧的侧向支承压力分布特征

5.4.2实体煤侧的侧向支承压力分布特征

5.5本章小结

6主要结论

参考文献

致 谢