厚松散含水层下薄基岩采场覆岩移动与开采参数研究

摘要

本文根据淮南矿区顾北煤矿具体地质条件，针对薄基岩煤层在采动支承压力和含水层水压作用下的覆岩岩体，运用相似模拟和数值模拟相结合的综合研究方法，并通过现场实测，分析了采场矿压显现及覆岩移动规律。研究结果表明:
　　1.在工作面回采过程中，松散含水层在采动影响下发生压缩沉降，覆岩出现整体弯曲下沉，导致工作面周期来压具有大小周期性;顶板压力沿工作面推进方向呈周期性的脉状起伏变化，沿工作面采场方向也呈脉状起伏，即工作面顶板压力的三维分布云图呈“脉状山系”特征分布;工作面大周期来压期间“山岭”区域较大、峰值较高、持续长度较长。
　　2.煤层围岩中有动态压力拱的存在，该结构是采场主要的承载体;不同采宽或不同采高条件下工作面大周期来压时，同一高度顶板应力分布规律基本相同;煤层顶板垂直应力峰值随着顶板高度的增加而逐渐降低，应力曲线由“U”形逐渐变为“V”状形态。煤壁前方的应力峰值随着采宽或采高的增加逐渐增大。
　　3.顶板中的垂直位移特征可以划分为起始阶段、活跃阶段、剧烈阶段和稳定阶段;随着工作面的推进，覆岩的移动主要表现为向采空区的垂直位移，其曲线形状为“V”形;覆岩的位移量经历增大—减小—稳定三个阶段;随着顶板高度的增加，位移量逐渐减小，峰值位置不同，位移曲线趋于平缓;顶板同一高度处位移变化规律基本一致，随着采宽或采高的增加，项板同一高度处位移量相应增加。
　　4.垮落法开采过程中，覆岩破坏高度随推进距离的不断增加逐渐增大，工作面出现大周期来压，破坏形态呈明显的“拱形”;而充填法开采，在工作面推进到40m时，覆岩破坏高度趋于稳定达到8.9m，整个回采过程中无大周期来压现象，破坏形态不规则。由于采空区充入充填体，减小了覆岩下方的自由旋转空间，对上方岩体起到了很好的支撑作用，矿压显现较缓和。
　　本文针对松散含水层下薄基岩采场矿压显现规律及覆岩移动规律进行了研究，研究成果为淮南矿区受松散含水层水体威胁的薄基岩煤层安全回采提供一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采场覆岩控制理论及发展

1．2．2 薄基岩煤层矿压规律研究现状

1．3 存在的问题

1．4 主要研究内容

1．5 技术路线

2 薄基岩煤层工作面覆岩移动规律相似模拟研究

2．1 相似模型的建立

2．1．1 模型设计

2．1．2 模型材料的选取

2．1．3 测点布置

2．1．4 试验过程

2．2 试验结果分析

2．2．1 顶板运动规律

2．2．2 不同层位岩层应力变化规律

2．2．3 覆岩垂直位移规律

2．2．4 覆岩破坏形态

2．3 本章小结

3 开采参数对薄基岩煤层覆岩移动规律的影响分析

3．1 地质概况

3．2 FLAC3D简介及模型设计

3．2．1 FLAC3D简介

3．2．2 三维模型建立及模拟内容

3．2．3 数值计算准则

3．2．4 岩体物理力学参数的选取

3．3 不同采宽对工作面覆岩移动规律的影响分析

3．3．1 2m采高不同采宽覆岩移动规律分析

3．3．2 3m采高不周采宽覆岩移动规律分析

3．3．3 4m采高不同采宽覆岩移动规律分析

3．3．4 不同采宽时工作面大周期来压特征分析

3．4 不同采高对工作面矿压显现规律的影响分析

3．4．1 不同采高大周期来压期间垂直应力分布规律

3．4．2 不同采高大周期来压期间垂直位移变化规律

3．4．3 不同采高时工作面大周期来压特征分析

3．5 本章小结

4 充填法开采对薄基岩煤层覆岩移动规律的影响分析

4．1 充填方案

4．2 充填法开采模拟结果分析

4．2．1 覆岩塑性区变化规律

4．2．2 覆岩垂直应力变化规律

4．3 垮落法开采与充填法开采覆岩移动规律的对比分析

4．3．1 垮落法开采与充填法开采塑性区对比分析

4．3．2 垮落法开采与充填法开采垂直应力对比分析

4．3．3 垮落法开采与充填法开采垂直位移对比分析

4．4 本章小结

5 工程实践

5．1 顾北煤矿1332(1)工作面概况

5．2 观测内容与方法

5．2．1 工作面支架工作阻力观测

5．2．2 巷道围岩位移观测

5．3 观测结果分析

5．3．1 工作面支架工作阻力观测结果分析

5．3．2 工作面回风巷围岩位移观测分析

5．4 本章小结

6 主要结论与存在不足

6．1 主要结论

6．2 存在不足

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果