浅埋薄基岩煤层开采覆岩运动破坏规律数值分析

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我国陕北地区的榆林、神府一带蕴藏着大量优质煤炭资源,浅埋深、薄基岩(通常厚度小于50m)、上覆厚松散风积沙含水层是该矿区目前开采煤层的典型赋存特征。然而目前在开采过程对上覆岩层的破坏较为严重,并引起潜水层中的水资源流失。为了给保水开采提供一些理论上的指导,运用UDEC软件,对浅埋薄基岩煤层在不同采高和不同埋深的条件下开采后覆岩的移动破坏规律进行了研究;运用FLAC3D软件,对浅埋薄基岩煤层在不同工作面长度条件下开采后覆岩的移动破坏规律进行了研究。获得的结论有:(1)随着工作面的推进,覆岩的超前应力峰值深入煤壁的距离呈现出周期性变化的特点,由此推测超前应力的分布受到顶板周期来压的影响,在工作面推进过程中,只有当顶板因周期来压而破断时,超前应力才会发生重新分布;而当没有发生周期来压时,超前应力的分布范围和分布规律不会随着工作面的推进而变化。(2)采高越大,工作面前方形成的应力峰值越大;采高越大,覆岩最大下沉量越大,但最大下沉量与采高的比值基本不变;采高越大,在相同推进距离下产生的裂隙数量越多,裂隙发育的最大高度越高。因此,降低采高可以在一定程度上控制裂隙发育的高度和数量。(3)不同埋深的走向模型回采过程中,煤壁前方的覆岩的应力集中系数跟埋深的关系为:当覆岩距离煤层较近时,应力集中系数大致随埋深的增加而减小;但当覆岩距离煤层较远时,埋深对应力集中系数的影响就变得很小。埋深与裂隙发育的关系为:埋深越深,裂隙的发育范围越大,高度也越高。但如果煤层埋深减小一定厚度,隔水层厚度也相应地减小同等厚度,则会增加工作面透水的危险性。(4)当增加工作面长度时,工作面中部煤壁前方的集中应力会明显增大;而在工作面两端靠近回采巷道的地方,煤壁前方的集中应力只是略微增大。在推进距离相同的情况下,工作面越长,则顶板悬露的面积越大,在采空区四周形成的集中应力越大,同时采空区上方覆岩下沉量也越大,受采动影响而破坏的覆岩范围越广。因此在浅埋薄基岩煤层开采过程中,通过减小工作面长度来减轻采动对覆岩的破坏是可取的。
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