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煤矿中的灾害问题,如工作面突然来压,顶板大范围冒落、突水问题,瓦斯突出等都是由煤层开采引起的岩层移动特别是下位岩层移动造成的,因而对煤层开采中的岩层移动问题进行研究具有非常重要的意义,多年来采矿工作者针对下部岩层移动做了大量的工作,也取得了很大的成就,但是由于岩体介质的复杂性,开采条件的多样性,以及开采引起岩层运移特征的不可视性、不可触性,导致了人们对岩体破裂及岩层移动的过程规律性及其运动的直观性,仍缺乏从力学高度上和表示形式上的完整形象的直观认识。
近年来数值试验方法取得了飞速发展,对煤层开采引起的岩层移动问题解决带来了新的希望,数值计算在煤层开采中也所应用,但是对于煤层开采引起的下位岩层移动的规律性再现的研究及其再现的可靠程度,目前国内少有研究,为此,本文作者进行了尝试研究,做了以下三方面工作:
(1)本文从理论上阐述了下位岩层移动的“三带”基本理论及计算公式。
(2)以山东龙口北皂煤矿H2101首采工作面开采为工程背景,分别对“三带”的高度进行理论计算和进行实际常用经验公式的计算,对垮落带、裂隙带的运移发展规律进行了描述,并对其运移中的垮落步距和裂断步距进行了计算分析;对开采引起的压力拱高及其发展进行计算和描述,对工作面推进引起的岩层移动导致煤壁上支撑应力的变化规律进行了描述分析。
(3)为了研究岩层移动规律以及由此导致的煤壁上支撑应力变化规律用数值方法重现的可能性及可靠性,本文对该工作面推进过程进行了FLAC和RFPA软件的数值试验分析,对试验的结果和理论计算的结果进行综合对比分析,并以FLAC3D的塑性破坏区范围的结果和理论计算的结果共同为工作面位置的决策做数据支持。
从上述的工作中,本文对理论计算和经验公式计算的结果以及不同数值软件试验的结果进行对比分析研究,从而获得了三带理论与实际常用公式间的一致性关系和一些实用结论,以工程实例验证数值试验的可行性,可靠性及不足。