大断层下盘采动对上盘煤层安全开采影响研究

摘要

以运河煤矿7301工作面区域构造复杂煤层开采为工程背景，利用理论分析、室内试验、FLAC-3D数值模拟和相似材料模拟等方法，对大断层下盘工作面采动及断层上盘区域煤层的安全开采进行了分析研究。
　　(1)分析了煤层采动覆岩变形破坏、应力分布变化特征以及各因素对采动覆岩变形破坏的影响性。对研究区域内煤层及顶底板岩石进行力学性质测试:3煤抗压强度为5.45～18.09MPa，岩性软弱;顶板岩石弹性模量为1965.20～4022.11MPa，抗压强度为27.93～32.64MPa，属于中硬岩性;底板岩石弹性模量为4395.72～18702.53MPa，抗压强度为31.85～86.53MPa，属于坚硬岩性。
　　(2)研究了下盘煤层采动对F10大断层及上盘区域煤岩的影响。下盘工作面煤层采动后，上覆岩层发生垮落、裂缝、弯曲下沉发育，形成近似拱形导水裂缝带，导水裂缝带发育高度为90m左右(理论计算、数值模拟、相似材料模拟结果分别为86.5m、95m、90m);采空区上覆岩层压力分布发生变化，向工作面两侧转移，在断层F10附近出现应力集中现象;断层上盘区域出现下沉变形，且向断层F10侧发生轻微的倾斜，导致区域内应力分布发生变化，靠近F10断层侧应力降低而靠近DF14断层侧应力有所升高。
　　(3)对下盘煤层采动和F10断层耦合影响下上盘煤层安全开采进行了研究，分析了在耦合影响下断层上盘煤层采动覆岩运动变形规律和围岩应力变化特征。上盘煤层采动后，工作面围岩发生运动变形破坏，顶板导水裂缝带发育高度为75m左右，底板破坏深度为25m左右;随着工作面长度增大，煤层采动后顶底板破坏范围随之增大，顶板下沉量也增大，采空区外侧岩层变形下沉量则相对较小;上盘工作面煤层采动后，围岩应力分布发生变化，工作面两侧出现应力集中，且工作面运输巷应力集中程度大于回风巷。
　　(4)确定断层保护煤柱尺寸并提出上盘工作面布置方案:断层F10留设70m保护煤柱，断层DF14留设60m保护煤柱，工作面回风巷和运输巷分别沿F10断层和DF14断层保护煤柱布置，工作面长度约为150m。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容及技术路线

2 断层采动覆岩变形破坏特征及煤柱留设分析

2．1 煤层采动覆岩变形破坏特征

2．2 断层防水煤柱留设及覆岩“两带”高度分析

2．3 本章小结

3 煤层及顶底板岩石力学性质试验研究

3．1 试验系统简介及试件制取

3．2 顶底板岩石单轴拉伸试验

3．3 煤层及顶底板岩石单轴压缩试验

3．4 本章小结

4 下盘采动对大断层及上盘区域影响研究

4．1 区域地质条件

4．2 下盘工作面采动覆岩运动变形分析

4．3 下盘开采对断层及上盘煤层影响数值模拟

4．4 下盘开采对断层及上盘煤层影响相似材料模拟

4．5 本章小结

5 断层采动影响下上盘煤层安全开采分析

5．1 上盘煤层开采顶底板破坏与巷道位置分析

5．2 断层影响下上盘煤层开采数值模拟

5．3 断层影响下上盘煤层开采相似材料模拟

5．4 断层上盘煤层开采工作面合理布置研究

5．5 本章小结

6 结论及展望

6．1 主要结论

6．2 论文创新点

6．3 论文展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要科研及成果