急倾斜煤层采空区覆岩稳定性预测研究

摘要

针对急倾斜煤层开采后，地下形成了大面积的采空区，而采空区覆岩的动力失稳很容易演化成动力灾害事故。这给人民的生活和煤矿的安全开采造成了很大的影响。所以对采空区覆岩变形、破坏特征及对其稳定性进行准确预测预报显得尤为重要。同时，可以根据准确的预测结果，制定出合适的采空区治理方案。
　　本文以新疆乌东煤矿+640水平43＃煤层回采工作面及采空区覆岩的稳定性和地表塌陷为研究对象，结合该区域的地质背景及工程地质勘测成果，应用物理相似模拟实验，分析了工作面开采过程中采空区覆岩移动变形规律、“三带”变化特征以及对采空区进行及时充填能够有效的起到减缓顶板下沉量，阻止顶板断裂和覆岩内裂隙发育的效果；并选用了先进的SIR-20专业型高速地质雷达光谱地磁探测技术，准确探测出采空区覆岩中存在的空洞及含水层所在位置；然后，采取在不同尺度、不同加载模式下进行试验的研究方法，进行损伤定量化分析与预测研究，基于有限元数值模拟实验，选择合适的本构模型，总结出了采空区的变形破坏特征、岩体受到的正应力分布以及位移场演化特征；最后，通过不同地段采空区覆岩的特征，制定出优选的采空区治理方案。
　　这样，就从深层次更科学地建立了一套关于采空区覆岩失稳破坏的“预计-分析-识别-监测-治理”体系，用于加强对采空区覆岩稳定性的科学研究和监测控制。

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1绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3研究基本内容

1.4研究方案和技术路线

2乌东煤矿地质环境及采空区变形失稳特征

2.1乌东煤矿环境地质背景

2.2乌东急斜煤层采空区变形失稳特征

2.3采空区变形失稳影响因素

2.4诱发采空区顶板事故的原因

2.5采空区覆岩变形失稳模式

3乌东煤矿采空区覆岩变形失稳的物理相似模拟

3.1概述

3.2物理相似模拟实验原理

3.3模型的建立

3.4实验现象分析

3.5覆岩变形垮落声发射数据分析

3.6本章小结

4采空区覆岩应力分布特征

4.1乌东煤矿采空区覆岩变形的数值模拟

4.2数值模拟计算结果分析

4.3本章小结

5采空区覆岩稳定性地质雷达探测

5.1概述

5.2工作原理

5.3现场监测方案

5.4地表探测线布置及结果分析

5.5井下探测线布置及结果分析

5.6本章小结

6 乌东煤矿采空区治理方案

6.1概述

6.2采空区覆岩结构特征分析

6.3采空区覆岩治理方案

6.4本章小结

7 结 论

参考文献

致谢

附录