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凉水井矿采空区下薄煤层开采覆岩运动与矿压显现规律研究

孙峰  
【摘要】:浅埋煤层群下位煤层处于上位煤层采空区下,其顶板结构不同于单一煤层开采。开采下位煤层时对覆岩造成二次扰动,对下位煤层造成较大的矿压影响。本文以凉水井煤矿矿431301综采面为工程背景,采用理论分析、数值模拟、室内实验和现场实测等手段,研究了采场覆岩结构、覆岩运动规律和矿压显现规律,主要研究成果如下:(1)以凉水井煤矿生产地质条件和现场取样的室内试验数据为基础,进行4~(-3)煤顶板关键层判别,确定了间隔岩层的粉砂岩为关键层,覆岩结构为浅埋单一关键层结构。(2)采用数值模拟研究了4~(-3)煤开采前的应力分布规律,发现开切眼侧顶板存在应力降低区和应力恢复区。在此基础上,利用理论分析求得初次来压步距为45m,周期来压步距为22m,分析得到了初次来压顶板为非对称三铰拱结构,周期来压顶板为砌体梁-砌体梁结构。(3)采用数值模拟的方式分析了不同综采面推进速度的矿压显现规律,结果表明:推进速度增加后,直接顶和基本顶破断长度有所增加,4~(-2)煤已扰动关键层活化程度高,覆岩运动更剧烈,对采空区底板载荷更大;并且采场的超前支承应力峰值增大,与煤壁的距离减小。(4)基于来压结构的分析,计算了初次来压支架所需工作阻力;根据4~(-2)煤和4~(-3)煤关键层破断位置差异性,提出了关键层非同步回转下沉结构和关键层同步回转下沉结构,并利用理论分析计算得到采场支架的合理工作阻力,结果表明现场选用的ZY9000/09/16D型支架工作阻力满足生产要求。同时采用数值模拟分析提高支架工作阻力对于采场控制效果的影响规律。现场矿压观测表明,浅埋煤层群下位薄煤层与浅埋单一煤层开采相比矿压显现剧烈,周期来压强度比初次来压更大,综采面中部支架阻力较大,应加强中部支架管理,保障现场安全生产。该论文有图92幅,表19个,参考文献87篇。


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