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浅埋煤层关键层破断运动对覆岩移动的影响分析

高杨  
【摘要】: 神东矿区是我国最大的现代化能源基地,煤层埋藏浅、倾角小、上覆厚松散层是该矿区的典型赋存特征,工作面采动容易导致地表潜水流失,破坏地表生态环境。分析浅埋煤层对覆岩移动、顶板导水裂隙演化与突水等采动损害问题的影响规律,具有重要的学术价值和社会意义。 论文在岩层控制的关键层理论的基础上,采用理论分析、数值模拟实验、物理模拟实验等方法,就神东矿区浅埋煤层覆岩移动规律进行了深入研究。本文首先分析了浅埋煤层覆岩关键层结构分类以及各类关键层结构的破断失稳特征及其力学机理,其次介绍了浅埋煤层分类。以大柳塔1203工作面为例分析了典型浅埋煤层的覆岩运动规律:顶板基岩沿全厚切落,基岩破断角度大,破断直接波及地表,来压强度大、速度快且来压期间有明显的顶板台阶下沉和动载现象,并且工作面上方一般只存在冒落带和裂隙带,甚至是“三带合一”现象;通过对补连塔煤矿31401工作面的数值模拟实验,深入分析了关键层运动对导水裂隙演化的影响,得出近浅埋煤层关键层破断块体运动会出现破断、回转、反向回转直至稳定的过程,主关键层上覆岩体裂隙同样经历了“产生—发育—原裂隙闭合—新裂隙产生”的过程;通过榆树湾20102工作面的物理相似模拟实验观测,揭示了榆树湾近浅埋煤层保水开采的覆岩运动基本规律:近浅埋煤层岩层内由于存在两层老顶关键层,工作面推进过程中上方基岩并不是沿全厚切落,而是呈现出一般开采下的“三带”形式,但老顶关键层的周期性破坏与典型浅埋煤层有相似之处,即老顶主关键层周期性破坏呈现出“砌体梁”结构,老顶关键层破断岩块的块度接近于1,形成了“短砌体梁”结构;通过对榆树湾现地表下沉情况和工作面淋水情况的场实测,对比分析模拟实验与现场实测数据,二者数据与结论基本一致,从而验证了模拟实验结论的可靠性。这些将对今后浅埋煤层开采理论研究和工程实际都有重大意义。


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