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大采高采场覆岩运移规律及载荷变化规律研究

汪志力  
【摘要】:采场顶板控制是煤矿安全生产管理的重点。经过多年的实践与研究,采场上覆岩层的结构特点与运动规律逐步被揭示,形成了采场围岩控制理论,以及后来的关键层理论。随着大采高开采技术的日趋成熟,我国学者对大采高采场的矿压显现规律及覆岩移动规律进行了深入的研究。然而,对关键层载荷变化规律及双关键层复合作用下对采场矿压显现的影响研究甚少。因此,研究和掌握大采高工作面双关键层条件下矿压显现规律及关键层载荷变化规律对煤矿的安全开采具有重要指导意义。 本文以杭来湾煤矿30101工作面为工程背景,采用理论分析、相似材料模拟和现场观测相结合的方法对大采高工作面矿压显现规律和覆岩移动变形规律进行了研究。基于关键层理论、弹性力学对该工作面矿压显现规律及工作面来压机理进行了分析;利用相似材料模型实验对覆岩移动变形规律、支承压力分布特征进行了模拟研究,在相似模型实验中构建了用于检测上覆岩层移动变形的光纤光栅传感系统,并应用该系统对上覆岩层移动变形进行了检测分析,研究关键层载荷变化规律;通过对30101工作面地质特征和现场矿压观测数据进行了分析,得出了该工作面矿压显现规律。 研究表明,杭来湾煤矿30101工作面矿压显现剧烈,来压期间支架工作阻力较大;基本顶初次来压步距为50m,周期来压步距14~20m,周期来压步距和强度呈现大小周期相间的特征。通过岩层控制关键层理论对杭来湾煤矿30101综采工作面来压机理进行了分析,分析结果与现场观测和模型实验结果相吻合。在相似模型实验中光纤Bragg光栅传感器对上覆岩层的移动变形具有较好的检测效果,并得到了关键层载荷随工作面推进符合负指数余弦函数变化规律。


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