冲沟坡体影响下薄基岩厚松散层综放面矿压显现响应特征

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我国西部矿区浅埋煤层,地表冲沟地貌发育,工作面开采期间矿压显现与地表冲沟坡体展布特征存在相关性。本文以某矿507综放面为研究对象,综合运用理论分析、数值及相似材料模拟实验手段,较为系统地研究了冲沟发育区覆岩破断规律、坡体损伤及工作面矿压显现响应特征。这对类似条件下的煤层安全开采具有良好的科学与工程意义。主要研究成果如下:(1)利用均布及梯度载荷叠加模型理论研究了507工作面冲沟发育区工作面来压步距,建立了507综放面“高位斜台阶岩梁”力学模型,并据此校核了工作面液压支架工作阻力。(2)掌握了507工作面不同回采阶段覆岩破断规律和地表冲沟坡体的损伤特征,非冲沟发育区工作面来压特征及覆岩破断特征与冲沟发育区相比存在如下差异:一是冲沟发育区背沟开采矿压显现强烈,来压步距缩短,纵向裂隙加速向上发育;二是向沟开采矿压显现及来压步距变化相对平稳,覆岩破断和坡体损伤特征于不同采高阶段较为类似。(3)为量化分析坡体特征对工作面矿压显现的影响,选取507工作面典型冲沟坡体为变量,采用相似材料模拟手段研究了坡体损伤特征与矿压显现响应机制,揭示了背沟开采时来压频繁机理、发现了纵向裂隙加速向上发育将岩层与坡体分裂成上下两部分互相咬合的“咬合结构”,得到了坡体斜面延展长度越长、坡角越大,地表坡体对矿压显现的影响越剧烈。(4)提出了冲沟延展系数概念,以延展系数和坡角为评价指标,根据坡体展布特征对工作面矿压显现影响程度,将冲沟坡体分为无影响坡体、次影响坡体和主影响坡体,建立了冲沟坡体展布特征与矿压显现规律之间定量表达式。(5)工业性试验结果表明,以延展系数为指标所制定的冲沟发育区煤层安全开采矿压预防技术措施,确保了工作面回采期间的安全,且可为类似开采条件下煤层安全开采提供了有益借鉴。本论文有图83幅,表20个,参考文献94篇。
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