大倾角煤层综放工作面底板破坏滑移机理研究

摘要

大倾角煤层是指埋藏倾角为35°～55°的煤层。当煤层的倾角大于35°时，开采形成的围岩移动规律不同于35°以下煤层。煤层底板是一个受到各种地质作用损伤体，开采后又会受到机械破坏、矿山压力等相关采动影响的作用，因此有必要掌握其破坏滑移规律。
　　论文综合运用数值模拟、现场观测、理论分析等手段，研究不同倾角煤层采动后工作面底板的应力分布、水平及垂直位移和塑性破坏特征，分析了底板采动后的力学行为特征随煤层倾角和放煤前后的变化规律，分析了不同推进距离对煤层底板产生的影响，根据实测支架的压力数据明确了底板不同位置在开采过程中引发的矿山压力通过支架对底板的综合作用，总结论述了影响底板破坏滑移的地质条件、开采扰动等相关因素，并根据大倾角煤层特有的赋存环境和开采工艺分析阐述其工作面底板的破坏滑移机理。
　　研究表明：大倾角工作面放煤前后的底板的破坏区范围、位移程度以及位移范围相应增大，最大破坏深度出现在煤壁前方、采空区后方以及工作面的上下端头处，底板主体破坏区的深度随倾角增加相应减小，在倾向上，上端头处的破坏深度一般要大于下端头处的破坏深度，并且上下端头的破坏深度差随倾角增加而增大。运用分布载荷对半无限体作用建立底板数学-力学模型得出底板垂直应力呈拱形分布。数值模拟结果表明，垂直应力沿工作面走向，呈对称拱形，沿倾向呈非对称拱形，垂直位移也具有此二种拱形特征。而实测数据分析显示大倾角工作面上部支架压力要小于中部和下部的支架压力，而中、下部的支架压力近似相等。
　　研究指出：大倾角综放工作面底板的破坏滑移是底板煤岩体破裂、松碎和运动的时空演化过程，受地质条件与采动因素的交叉影响和水、空气及瓦斯等环境条件的干扰。工作面底板的破坏滑移可分为表层充分破碎型、表层弧状破碎型、三角块状破坏型和方形块状破坏型等四种类型。
　　本文对类似大倾角工作面底板的破坏滑移研究有一定的借鉴意义，对相关存在底板破坏滑移灾害的大倾角工作面的预防和治理有一定的指导意义。

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1 绪 论

1.1选题背景及研究意义

1.2该研究领域国内外研究动态及发展趋势

1.2.1国内大倾角煤层底板研究现状

1.2.2国外大倾角煤层开采和岩移规律的研究现状

1.3研究内容和技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

2工作面生产技术条件

2.1矿区工程概况

2.1.1井田水文地质条件

2.1.2地层及构造特征

2.1.3矿井生产建设概况

2.2 120210工作面开采技术条件

2.2.1 120210工作面位置

2.2.2煤层赋存及煤层构造特征

2.2.3工作面生产技术参数

3工作面底板岩层采动行为特征数值模拟

3.1数值模拟方法及实验过程

3.1.1FLAC3D程序简介及建模基本原则

3.1.2数值计算参数及模型

3.2 沿煤层倾向底板采动特征

3.2.1沿倾向采场底板垂直应力特征

3.2.2 沿倾向采场底板位移特征

3.2.3 沿倾向采场底板破坏场特征

3.3 沿煤层走向底板采动特征

3.3.1 沿走向采场底板应力特征

3.3.2 沿走向采场底板位移特征

3.3.3 沿走向采场底板破坏场特征

3.4 本章小结

4工作面底板岩层破坏滑移机理及其控制技术

4.1工作面底板岩层破坏影响因素分析

4.1.1 回采工作面底板破坏因素分析

4.1.2 回采工作面底板滑移因素分析

4.2工作面底板岩层应力状态分析

4.2.1底板岩层力学模型

4.2.2底板应力分布特征

4.3工作面底板岩层破坏滑移机理

4.3.1工作面底板岩层不同位置破坏因素的时空关系

4.3.2工作面底板岩层破坏滑移机理解析

4.3.3 回采工作面底板滑移破坏形式及分类

4.4工作面底板破坏滑移控制技术

4.4.1工作面底板岩层控制原理

4.4.2工作面底板破坏滑移控制关键技术

4.5 本章小节

5结论

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

附录