高位硬厚岩层下采动应力演化规律及微震活动分析

来源 :山东科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:neo1997
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煤炭是我国的工业支柱,随着经济的发展,需求量日益增加,而煤炭的开采条件日益复杂,尤其是工作面上覆硬厚岩层时,由于硬厚岩层强度大、完整性好,回采期间容易形成大面积悬空,导致工作面支承压力异常集中,破断后释放大量能量,极易诱发动力灾害,如冲击地压、矿震、离层水-瓦斯突涌、支架压架等。本文采用相似模拟试验、数值模拟和现场实测研究方法,对硬厚岩层下采场覆岩运动及运移变化规律、采动应力演化规律、煤岩体弹性能分布特征、硬厚岩层下开采动力灾害的防治进行了研究与分析,并通过现场实测进行了验证,主要研究成果如下:  1)工作面上覆单层硬厚岩层时,覆岩破断关键阶段分别为直接顶破断、基本顶初次破断,基本顶周期破断、岩浆岩初次破断、岩浆岩周期破断(裂隙沟通地表);工作面上覆两层岩浆岩时,覆岩破断关键阶段为直接顶破断、基本顶初次破断、基本顶周期破断、下位岩浆岩初次破断、下位岩浆岩周期破断、上位岩浆岩初次破断(裂隙沟通地表)。  2)硬厚岩层破断前后其上覆岩层位移表现出明显的突变性,初次破断前,下沉量较小,破断后,下沉量发生跳跃性变化,迅速增加。一侧采空下,随硬厚岩层厚度、层位增大,硬厚岩层初次破断步距不断增大,破断后硬厚岩层上覆随动层下沉量逐渐减小。  3)工作面上方存在高位硬厚岩层时,在开采初期,工作面超前支承压力以线性的方式快速增长,随着工作面的不断开采,增长速度趋于缓和。硬厚岩层破断后,工作面前方支承压力迅速减小,而硬厚岩层底部应力迅速增大。一侧采空下,随硬厚岩层厚度、层位的增大,工作面前方支承压力最大峰值逐渐减小、超前明显影响范围逐渐增大;硬厚岩层底部应力变化趋势发生同样的变化。  4)上覆硬厚关键层时,煤壁前方以及煤壁前方硬厚岩层底部煤岩体处于高能量状态,易发生高能量微震活动。一侧采空下,随硬厚岩层厚度、层位的增加,硬厚岩层破断前后煤壁前方的能量集中程度逐渐减小,硬厚岩层底部能量集中范围逐渐增加。  5)留设防冲承载煤柱可对硬厚岩层下开采动力灾害起到有效的防治。
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