锦界矿开采沉陷主控因素及覆岩移动规律模拟研究

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矿产资源被大面积开采出来之后,使上覆岩层中各岩层中的应力平衡状态被打破,从而引起上覆岩层的持续性的移动及破坏,最终岩层中的应力重新分布达到新的平衡。因此,把由于开采引起上覆岩层中产生变形、移动、裂隙及冒落等的这种现象称为“开采沉陷”。“开采沉陷”现象是属于采动过程中的复杂损伤问题。目前,国外对开采沉陷研究的理论比较成熟,国内对开采沉陷的研究主要集中在中东部矿区薄松散层及北部厚松散层矿区,而对于神东矿区风积沙覆盖区的开采沉陷研究涉及较少。基于神东矿区锦界矿地质资料和其煤岩物理力学参数,建立锦界矿开采沉陷数值模型和覆岩移动数值模型,对其进行分析及研究,揭示出在风积沙覆盖条件下的锦界矿开采沉陷主控因素及其对地表沉陷的影响规律,并提出锦界矿地表沉陷预测模型和覆岩移动规律,为锦界矿预测地表沉陷、安全开采及其地面保护提供参考依据。本文主要采用层次分析法(AHP)、正交试验、方差分析、线性回归,以及3DEC和FLAC3D数值模拟软件进行综合分析及研究,主要的内容有以下几个方面:(1)收集锦界矿有关资料,在勘察队取得岩芯并加工成标准试样,通过试验得锦界矿的煤岩物理力学参数;(2)根据锦界矿地质资料,采用层次分析法(AHP)筛选出锦界矿开采沉陷的主控因素(松散层厚度、采高和覆岩综合硬度);(3)根据锦界矿31106综采工作面图和Jb203-1钻孔柱状图,基于正交试验建立锦界矿矿开采沉陷数值模型,并采用方差分析法和线性回归分析法得出了在多因素共同作用下锦界矿开采沉陷主控因素的敏感性及其对锦界矿开采沉陷规律的影响。根据锦界矿地质资料及主控因素建立锦界开采沉陷预测模型。(4)通过对锦界矿覆岩移动数值模拟研究,得出锦界矿31106工作面的上覆岩层是复合单一关键层。对于上覆岩层来说,其移动是非线性的;下沉量和下沉范围与距煤层顶板的距离有关,距离越近其下沉量和下沉范围就越大。覆岩移动不仅与距直接顶的距离有关,还与各岩层的岩性、厚度以及关键层结构与位置有关。研究结果为锦界矿工作面的安全生产及地表沉陷预测、防治提供一定指导和依据。
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