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《合肥工业大学》 2012年
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断层附近煤层开采防水煤柱留设的相似材料模拟分析

李鹏军  
【摘要】:针对断层防水煤柱合理留设问题,采用相似材料模拟实验的方法,对断层附近煤层采动矿压变化和覆岩变形规律进行了一定研究分析。主要内容有: (1)以相似理论、模拟原型的地质构造条件和岩石力学性质为依据,制作了体积为长×宽×高=3m×0.3m×1.1m的平面相似材料模型,模拟了断层附近不同煤厚下工作面推进过程中的煤层采动围岩应力变化和变形破坏特征,并对实验过程中采集到的数据和观察到的现象进行了整理分析。 (2)得出了断层影响下不同采厚对覆岩矿压变化及变形破坏的影响规律:①煤层开挖会促使断层上盘岩体向采空区方向移动,造成断层面法向压力减小。断层面法向压力减小的区域与采厚有关,采厚2m时,距煤层顶板65m以上的断层面法向压力小于原岩应力;采厚6m时,煤层顶板20m以上的整个断层面法向压力都小于原岩应力。②采厚越大,覆岩中沿工作面方向拉张应变越大;对于同个测点,煤厚从2m变为6m时,拉张应变从数值上增大2~9倍。③煤层上部断层面附近岩体位移量随采厚的增大而增大,但两者没有线性关系,此次模拟的煤厚为3倍关系,而位移量只有1~2倍。④采厚越大,采动对断层的稳定性影响越大。采厚2m时,断层面张裂隙最终发育至距煤层顶板高度为57m;采厚6m时,裂隙距煤层顶板高23m。 (3)得出了不同宽度煤柱情况下(采厚2m时)矿压分布及覆岩变形破坏的影响:①随着煤柱宽度的减小,工作面前方煤层顶板中压力均明显增大,压力峰值位置向前方煤岩体中转移,且煤柱愈窄,压力增大愈高。在工作面推进方向上,煤层顶板岩层压力峰值出现在工作面煤壁前方一定距离内。②采动过程中,随着防水煤柱的缩短,距断层面10m左右位于不同高度的岩体的位移量会从较高层位开始依次发生突变。在位移量发生突变之后,覆岩由于受到采空区上方岩体的支撑作用,位移量增加很小或者不变化。 (4)结合实验所得矿压规律及覆岩变形破坏情况,对规程中的防水煤柱计算公式中的缺陷进行了对比分析。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TD822.3

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【参考文献】
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