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地表厚土层浅埋煤层覆岩运动与破坏规律研究

谢胜华  
【摘要】: 浅埋煤层近十年开采实践和理论研究表明,地表厚松散层浅埋煤层开采表现出强烈的矿山压力显现,而对厚粘土覆盖层浅埋煤层这种特殊赋存条件下开采矿压显现规律研究较少。本文采用现场试验、室内相似模型实验、数值模拟和理论分析等方法,对地表厚粘土覆盖层浅埋煤层开采矿山压力显现、覆岩移动及裂隙分布的影响规律等问题进行了深入的研究。 从厚粘土层(包括离石黄土和三趾马红土)的工程地质特性研究入手,结合室内两架大型平面相似模拟实验,完全按照相似比例设计了一套具有恒阻力学特性的模拟支架,有效地模拟了“支架—围岩”相互关系,通过对工作面支护阻力、三趾马红土对老顶的影响、覆岩垮落高度影响等分析,从而揭示了覆盖层中巨厚红土层是工作面未造成覆岩沿煤壁整体垮落的剧烈矿压显现关键影响层且能在一定程度上缓和覆岩破坏或抑制导水裂隙带的发展。 首次应用突变理论这一数学工具描述浅埋煤层组合关键层失稳过程通过建立力学模型,分析得到了组合关键层突变失稳的充分必要条件而且可以定量地得出浅埋煤层台阶下沉量Δx以及发生失稳时工作面离开切眼距离L。 应用NCAP—2D程序对厚粘土层浅埋煤层开采进行了数值模拟分析表明开采过程中随工作面推进,围岩应力变化情况也愈趋复杂化在煤壁附近和岩层局部区域产生应力集中,由于基岩的阻隔作用及粘土层的吸收作用,土岩交界面处的应力削弱,在一定的推进距离内,覆岩不会出现自煤壁向地表的全厚切落,从而证明模拟实验的正确性。


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