大倾角变角度综放工作面覆岩运移规律分析及应用

摘要

大倾角变角度工作面顶板破坏与运移规律特殊，变角段“支架—围岩”系统稳定性控制难度大。本文以枣泉煤矿大倾角变角度120210综放工作面为研究背景，通过现场观测、物理相似材料模拟实验和数值计算实验相结合的手段，运用已有的大倾角煤层开采理论，系统研究了大倾角变角度工作面特别是变角段处的覆岩运移规律，研究表明：
　　大倾角变角度煤层覆岩垮落具有明显的时序性和不均匀性，以变角段为界工作面顶板的应力场分布、破坏场分布、采空区充填特征以及支架工作阻力分布均出现了不同于单一倾角煤层的规律与特点。变角段应力集中，变形程度高，采空区充填程度低、支架与顶板约束作用差，是工作面覆岩运移特征的关键影响因素；大倾角变角度工作面顶板应力呈“驼峰”状非对称分布形态。上下区段的应力场在变角段出现叠加，造成变角段附近顶板应力集中，变形破坏程度高，拉伸破坏范围增大。上区段及下区段的顶板最大垂直应力随着变角度的增大而降低，但峰值位置不断向变角度处移近，加剧了整个工作面顶板应力分布的非对称性；上区段煤层倾角较小，垮落矸石沿倾斜方向的滑移充填作用不充分，下区段上部和变角段顶板破碎程度高，垮落充分，垮落矸石在重力作用下向下区段发生滑移，呈现下区段充填压实、变角段部分充填、上区段完全充填的特征。同时上区段垮落矸石不能有效对变角段采空区进行补充，该处垮落矸石对顶板的约束作用最弱，上覆岩层运动程度加剧，失稳形式复杂化。
　　枣泉煤矿120210工作面支架受载及稳定性特征验证了大倾角变角度工作面的覆岩运移破坏特征，基于这一特征并结合现场生产实际，枣泉煤矿大倾角变角度工作面依据“上区段为高效生产的主体，下区段是实现安全的基础，变角段是上下区段转换的关键”的原则进行生产技术管理，可获得良好的经济与社会效益。

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1绪论

1.1选题背景及意义

1.2国内外对大倾角开采方法研究现状

1.3国内外大倾角及变角度煤层开采覆岩运移规律研究动态

1.4国内外研究综述

1.5本文研究内容、方法和技术路线

2大倾角变角度煤层开采覆岩运移相似模拟研究

2.1相似模拟实验构建

2.2覆岩走向破断运移规律

2.3覆岩倾向破断运移规律

2.4小结

3大倾角变角度煤层开采覆岩运移及应力演化数值模拟研究

3.1数值计算模型的确立

3.2数值计算结果及分析

3.3小结

4大倾角变角度煤层开采覆岩空间结构分析

4.1大倾角变角度煤层采场顶板走向破坏结构特征

4.2大倾角变角度煤层采场顶板倾向破坏结构特征

4.3大倾角煤层长壁采场覆岩空间结构

4.4小结

5大倾角变角度煤层综放开采支架适应性分析

5.1大倾角变角度工作面基本情况

5.2变角度煤层支架稳定性关键技术

5.3支架的承载性与适应性分析

5.4小结

6结论

6.1主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录