【摘 要】
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西南矿区山体地貌下急倾斜煤柱长期稳定有利于地表和山体的生态保护,基于绿色开采理念,针对煤柱长期稳定问题,本文以逢春煤矿N2821工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟和现场实测等研究方法,对山体地貌下急倾斜煤岩层原岩应力分布规律、工作面覆岩破断运移规律和煤柱承载应力演化规律进行了深入研究。主要研究结论如下:采用理论分析、数值模拟分析了山体地貌对煤岩层的附加应力作用,得出了山体附加应力在
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西南矿区山体地貌下急倾斜煤柱长期稳定有利于地表和山体的生态保护,基于绿色开采理念,针对煤柱长期稳定问题,本文以逢春煤矿N2821工作面为工程背景,采用现场调研、理论分析、数值模拟和现场实测等研究方法,对山体地貌下急倾斜煤岩层原岩应力分布规律、工作面覆岩破断运移规律和煤柱承载应力演化规律进行了深入研究。主要研究结论如下:采用理论分析、数值模拟分析了山体地貌对煤岩层的附加应力作用,得出了山体附加应力在煤岩层中的传递规律。根据逢春煤矿地形等高线建立三维山体地貌数值模型,得出了该赋存下的山体对煤岩层应力分布影响的区域。建立了山体下急倾斜煤岩层直角坐标系,得出该条件下的原岩应力分布函数。建立了山体下急倾斜煤层老顶岩梁力学模型,基于弹性地基梁计算理论对其进行力学分析,并结合逢春煤矿现场参数得出相应的老顶岩梁扰度曲线。采用数值模拟得出了N2821工作面回采后覆岩应力分布规律及开采参数对其应力分布影响。研究表明,工作面回采后,工作面倾向应力呈非对称性分布,塑性区发育呈壳体型塑性区。工作面长度对覆岩支承应力影响较大,煤层倾角则对覆岩的剪切应力影响较大。建立了山体下急倾斜煤柱受力模型,通过受力分析得出了山体下急倾斜煤柱失稳必要条件,并结合煤柱强度公式得出山体下急倾斜煤柱宽度的计算式,代入N2821工作面的相关参数得出其合理煤柱尺寸为12 m。采用数值模拟得出了逢春煤矿山体条件下,该尺寸急倾斜煤柱承载应力演化规律及其影响因素对其分布的影响。研究表明,采空区中部煤柱受应力叠加影响最大,由于煤柱尺寸较短,本区段工作面回采后,其弹性核区基本没有;随工作面推进,煤柱虽受采动影响发生部分塑性破坏,但仍有接近一半煤柱处于完整状态,表明理论分析确定的煤柱尺寸合理。通过分析模拟得出的各影响因素变化范围内的最大变化幅度,得出了逢春煤矿山体地貌下急倾斜煤柱承载应力的关键性影响因素,得出了多工作面采动对同一急倾斜煤柱承载应力影响较大的数量为4个。通过对逢春煤矿N2821急倾斜综采工作面进行矿压实测分析,得出了工作面来压的规律,工作面超前应力分布规律和煤柱采动应力分布规律,得出的规律与理论分析和数值模拟结论相互吻合,从而论证上述理论确定的煤柱尺寸合理性。现场应用后,工作面回采后对地表山体和村庄基本没有影响。研究成果可为西南矿区山体下急倾斜煤层工作面煤柱尺寸留设提供一定的参考与借鉴意义。该论文有图72幅,表6个,参考文献100篇。
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