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神东矿区长壁工作面开采过程中矿压显现剧烈,易出现顶板台阶下沉,地表塌陷。本文根据该矿区煤层埋深浅、基岩薄、表土层厚的赋存特征,综合运用现场调研与观测、理论分析、计算机数值模拟等研究方法,对该区表土层和基岩层厚度的不同组合条件下的覆岩运动规律进行了分析研究。 通过研究破断岩柱关键块的平衡条件,认为地表厚土层浅埋煤层顶板不存在砌体梁结构,因而不能应用砌体梁理论计算支架载荷,初步建立了关键岩块结构力学模型,得到了厚土层覆盖下的浅埋煤层工作面支架合理支护阻力的理论计算公式,并且得到现场实践验证。 通过计算机数值模拟获得了浅埋煤层开采覆岩应力、位移变化规律,从不同表土层及基岩厚度组合条件下的工作面煤壁前一定距离、煤壁处以及煤壁后方一定距离的最大主应力云图中分析得出:浅埋较薄煤层开采时在工作面煤壁处应力达到最大,超前作用区域在煤壁前方30m作用范围,但随着基岩厚度的增加应力数值逐渐降低,原因是基岩越薄项板不能形成稳定结构来承载上覆岩层的重量,矿压显现越剧烈;在开采过程中工作面煤壁后方50m以后上方覆岩中应力区存在“拱形”结构形态,该结构随着基岩厚度的增加不断向上、向前扩展并趋于稳定;随着表土层厚度的增加地表位移下沉量不断增大,得出厚土层在开采裂隙没有贯通到地表时能表现出一定的承载能力。 通过对陕西省石圪台煤矿地表岩移的观测分析,得出了在该地质条件下的地表下沉量,与研究结果基本相同,为类似地型条件下煤层开采提供理论依据和实践指导。 关键层:浅埋煤层;不等厚覆岩;岩层运动;数值模拟;现场观测