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石圪台煤矿浅埋较薄煤层开采覆岩运动规律研究

作　者: 李青海
导　师: 秦忠诚
学　校: 山东科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 浅埋较薄煤层覆岩运动矿压观测数值模拟相似材料模拟应力壳
分类号: TD325
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 341次
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内容摘要

本文以神东矿区石圪台煤矿71301较薄煤层综采工作面为依托,采用现场实测、理论分析、数值模拟、相似材料模拟方法对浅埋较薄煤层开采覆岩运动规律进行了研究。浅埋较薄煤层开采在神东矿区尚属首次,通过现场实测积累了采场、超前顺槽的相关矿压资料,得出工作面中部压力最大,周期来压具有分段性,工作面中下部首先来压,运输顺槽侧滞后回风顺槽侧3～5m的距离来压;综合超前顺槽变形、顶板离层、支柱载荷变化规律确定超前支承压力为单一弹性分布形态,其影响范围分区性明显,明显影响区域为煤壁前方20m左右的范围。通过理论分析获得了顶板断裂呈现的结构形态,确定出了控制老顶结构稳定性的合理支架工作阻力;结合71301工作面具体情况确定控制老顶“台阶岩梁”结构所需的支护阻力较“短砌体梁”结构大,与现场实测相吻合。通过数值模拟获得了浅埋较薄煤层开采覆岩应力、位移演化规律,得出工作面中部应力数值最大,超前支承压力峰值位于煤壁处,超前影响区域为煤壁前方20m左右的范围;获得了不同基岩厚度对较薄煤层开采覆岩运动规律的影响,得出浅埋较薄煤层开采过程中在上方覆岩中存在应力壳结构形态,随基岩厚度的增加应力壳逐渐向上、向前扩展,基岩厚度为80m时其在高度方向的扩展趋于稳定;确定出了合理区段保护煤柱的尺寸为10m,为缩小煤柱尺寸、提高煤炭资源回收率提供了依据。通过相似材料模拟直观再现了覆岩裂隙萌生、扩展及贯通全过程,得出上覆岩层不存在普通煤层开采的“三带”,只存在垮落带和裂隙带“两带”,垮落带高度为5～7.6倍采高,其上裂隙带扩展直至地表;获得了不同赋存条件下重复采动对覆岩结构稳定性的影响,由于垮落岩层结构性较差,在重复采动影响下弯曲下沉继续扩展,且其弯曲下沉较上层煤开采大得多。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-21
  1.1 课题背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-19
  1.3 主要研究内容  19
  1.4 研究方法与技术路线  19-21
2 浅埋较薄煤层开采围岩运动规律实测分析  21-37
  2.1 工程概况  21-23
  2.2 观测内容与方法  23-26
  2.3 实测数据分析  26-36
  2.4 本章小结  36-37
3 浅埋较薄煤层开采覆岩断裂机理分析  37-46
  3.1 顶板结构模型及其稳定性分析  37-41
  3.2 控制老顶结构滑落失稳的支护阻力确定  41-42
  3.3 采场支架工作阻力的确定  42-45
  3.4 本章小结  45-46
4 浅埋较薄煤层开采覆岩运动规律数值模拟  46-82
  4.1 模拟软件的选择  46-47
  4.2 模拟方案确定和模型建立  47-52
  4.3 71301工作面覆岩运动规律数值模拟  52-59
  4.4 不同基岩厚度下覆岩运动规律数值模拟  59-72
  4.5 不同宽度煤柱稳定性数值模拟  72-81
  4.6 本章小结  81-82
5 浅埋较薄煤层开采覆岩运动规律相似材料模拟  82-106
  5.1 试验方案及试验模型  82-88
  5.2 三盘区煤层开采试验结果分析  88-97
  5.3 二盘区煤层开采试验结果分析  97-103
  5.4 试验结果对比分析  103-105
  5.5 本章小结  105-106
6 结论与展望  106-109
  6.1 主要结论  106-107
  6.2 主要创新点  107-108
  6.3 展望  108-109
参考文献  109-113
致谢  113-114
攻读硕士期间主要成果  114

石圪台煤矿浅埋较薄煤层开采覆岩运动规律研究

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