浅埋煤层间隔式空区下长壁综采覆岩移动规律研究

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针对南梁煤矿2-2#煤层间隔式开采工艺、上下组煤层层间距、岩性、地貌特征等参数研究下组煤基本顶运动规律,综合采用现场调研、实验室实验、理论计算、数值模拟、现场实测分析等方法,对浅埋冲沟地貌间隔式煤柱下方集中应力传递规律、间隔式煤柱及采空区下回采顶板运动、支架合理阻力,基本顶破断方式及规律进行结构化、系统性分析,主要研究成果如下:(1)依据南梁煤矿地貌特征将地表分为平缓地貌与冲沟地貌,分别分析两种地貌下煤柱上覆载荷分布规律,通过数值模拟,现场观测及理论计算分析不同地貌条件下煤柱上覆法向载荷,其中冲沟地貌间隔式煤柱上覆线性载荷倾角与冲沟倾角一致,最终确定间隔式煤柱稳定状态为:间隔式煤柱整体稳定,两侧分布凹型塑性区,间隔式采空区稳定状态为:直接顶冒落,基本顶弯曲下沉,采空区未充实,采空区中主要承载结构为间隔式煤柱。(2)分别建立平缓、冲沟地貌数值模拟模型验证得出了煤柱下应力集中传播规律,结果表明2-2#煤间隔式煤柱垂直应力最大影响深度大于层间距,即垂直应力在下组煤老顶中出现应力集中对3-1#煤层顶板运动规律存在影响,即煤柱附近顶板压力大,来压步距减小,由间隔式煤柱引起水平集中应力对下组煤开采顶板运动无影响。(3)使用FLAC数值模拟软件建立平缓、冲沟相结合模型,拟合监测点垂直应力数据得出3-1#煤层顶板载荷曲线;利用矩形弹性薄板模型边界条件多样性,分别选取四边固支、三边固支一边简支得到了冲沟及平缓地貌下3-1#煤层顶板初次来压及周期来压挠度、应力分布规律。(4)基于能量释放理论建立能量法板裂判断准则,将板内应力分布规律迭代到准则内,解释了采空区下顶板破裂演化规律。同时分析得出背、向冲沟方式及沟深为影响危险区域扩展重要因素。(5)结合实验室正交配比方案实验及南梁煤矿岩层性质铺设相似模拟模型用以研究冲沟发育地貌浅埋间隔采空区下覆岩运动特征。根据相似模拟及数值模拟计算得出3-1#煤层的所需工作阻力分别为8605KN。以南梁矿20304工作面为研究对象,对比平缓地貌与冲沟地貌的矿压显现规律得出冲沟地貌的周期来压步距、支架最大工作阻力以及来压动载系数均要大于平缓地貌,以间隔式采空区下方30107工作面为例分析间隔式煤柱下综采工作面矿压规律得出间隔式煤柱下工作面周期来压步距平均为11.43 m,其中间隔式煤柱下方周期来压步距较间隔式采空区下方小。
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