近浅埋煤层条带开采地表沉陷主控因素研究及沉陷预计方法

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:abaccj
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目前,地表沉陷预计方法主要是以概率积分法为代表的各类经验预测法,此类方法基于实测资料得出经验公式,但不涉及对采场上覆岩层移动规律的研究,且往往不适用于不充分采动条件下地表沉陷预计。由于近浅埋煤层距地表较近,地表更容易受到开采活动的影响,因此,本文通过正交实验、数值模拟、理论分析等手段,针对近浅埋煤层条带开采这种极不充分采动条件,分析研究了地表沉陷的主控因素及主控因素对上覆岩层移动规律的影响,并在此基础上建立了覆岩关键层的力学模型,将覆岩移动与地表沉陷相联系,提出了近浅埋煤层条带开采条件下的地表沉陷预计方法。具体研究内容及获得的主要结论如下:1)本文对近浅埋煤层条带开采这一概念进行了限定:近浅埋煤层是指埋深不超过200m,基载比1~5,上覆岩层中存在一到两组关键层的煤层,条带开采是指采出宽度不足以使上覆岩层达到充分采动状态,且保留条带有足够宽度和稳定性来支撑上覆岩层的开采方法。2)针对覆岩移动及地表沉陷的影响因素繁多这一特点,对这些因素分组进行正交实验:第一组实验的因素为主关键层的物理力学参数;第二组实验保留第一组实验中的显著因素,并考虑了亚关键层与表土层的影响;第三组实验则考虑了关键层层位,非关键层岩层的分层厚度及物理力学性质;第四组实验针对煤层的物理力学性质进行;第五组实验保留了第四组实验的显著因素,又考虑了开采尺寸与煤层附近岩层物理力学性质的影响。3)对正交实验得出的显著因素进行单因素实验,分析这些因素对上覆岩层移动规律的影响,既对正交实验的结果进行了验证,又进一步确定了条带开采地表沉陷的主控因素。最终确定的近浅埋煤层条带开采主控因素有:开采尺寸(采宽、留宽、采高),亚关键层厚度;对地表下沉有一定影响,但影响弱于主控因素的因素有:主关键层厚度,亚关键层弹性模量与泊松比,层间岩层的泊松比与内摩擦角,煤柱的粘聚力、内摩擦角与泊松比。4)基于近浅埋煤层条带开采的覆层移动特征,建立了亚关键层与主关键层的力学模型,并根据两者下沉量之间的关系,通过亚关键层的挠曲线求出了主关键层的挠曲线;对亚关键层进行了力学分析,验证所建立力学模型对主控因素的响应是否符合上覆岩层的移动规律,结果显示基本吻合;最终通过主关键层的挠曲线得到地表下沉曲线,并提出了近浅埋煤层条件下的地表沉陷预计方法。
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