淺埋近距離厚煤層群開采覆巖運動規(guī)律研究.pdf

1、論文以神東礦區(qū)補連塔礦近距離煤層群開采為主要研究對象，采用理論分析、計算機數(shù)值模擬、室內(nèi)立體三維相似材料模型試驗等方法，對近距離煤層群開采上覆巖層結(jié)構(gòu)的運移特征、裂隙分布隨推進距離的變化、采場應(yīng)力分布及演化規(guī)律以及重復(fù)采動引起的裂隙與地表貫通情況進行了研究，主要獲得以下結(jié)論：
　　一、近距離煤層群煤層之間覆巖結(jié)構(gòu)模型及失穩(wěn)條件
　　1)根據(jù)實際地質(zhì)分布狀況，將近距離煤層群層間覆巖結(jié)構(gòu)分為：煤層之間無亞關(guān)鍵層和煤層之間存在亞關(guān)

2、鍵層兩類。當煤層間存在亞關(guān)鍵層時，亞關(guān)鍵層破斷后采場上覆巖層將以“砌體梁”結(jié)構(gòu)或“臺階巖梁”結(jié)構(gòu)形式存在。
　　2)建立亞關(guān)鍵層斷裂后關(guān)鍵塊的力學(xué)模型，得出亞關(guān)鍵層斷裂后以“砌體梁”結(jié)構(gòu)或“臺階巖梁”結(jié)構(gòu)形式產(chǎn)生的前提。
　　二、近距離煤層群開采的FLAC3D數(shù)值模擬實驗研究
　　1)近距離煤層群開采覆巖結(jié)構(gòu)運動特征
　　隨著工作面推進距離增加，采空區(qū)上覆巖層塑性區(qū)的分布范圍逐漸擴大。上煤層（1-2煤層）開采過程

3、中，煤層底板發(fā)生了卸壓破壞，采空區(qū)底板巖層塑性區(qū)在推進到一定距離后底板破壞深度不再增加，只是隨著工作面推進，底板塑性區(qū)的走向邊界隨之向前推移。處于塑性區(qū)破壞狀態(tài)的上覆巖層，采動裂隙較為發(fā)育，裂隙帶直至關(guān)鍵層下方，關(guān)鍵層未遭到破壞。
　　上煤層（1-2煤層）開采后，在下煤層（2-2煤層）前期開采過程中，2-2煤層頂板巖層塑性區(qū)范圍大小幾乎沒有變化。沿工作面推進方向上底板塑性區(qū)隨著工作面的推進變化較小，在2-2煤層底板一定深度內(nèi)塑性區(qū)

4、幾乎沒有，這是由于上煤層開采后，上煤層底板應(yīng)力得到釋放，因此，在2-2煤層開采過程中頂板塑性區(qū)發(fā)育范圍較小。當2-2煤層推進至300m時，下煤層頂?shù)装褰拥?，在煤層開切眼和終采線附近塑性區(qū)較為發(fā)育。上覆巖層塑性區(qū)高度繼續(xù)增加，達到模型頂部，塑性區(qū)發(fā)育高度達到200m。
　　2)近距離厚煤層群開采應(yīng)力分布規(guī)律
　　1-2煤層開采后，2-2煤層工作面位于1-2煤層采空區(qū)下，圍巖應(yīng)力演化規(guī)律與1-2煤層開采時存在較大不同。下煤層開采

5、過程中，2-2煤層采場應(yīng)力分布受到1-2煤層開采后采空區(qū)底板卸壓以及停采線附近應(yīng)力集中的影響。
　　隨著2-2煤層工作面的推進，上覆巖層垮落并充填采空區(qū)，采空區(qū)中部逐漸壓實并形成新的重新壓力區(qū)，2-2煤層工作面前方形成新的支撐壓力區(qū)。
　　三、近距離煤層群開采立體相似材料模型模擬試驗研究
　　1)2-2煤層開采過程中，直接頂初次垮落步距小于1-2煤層開采。上煤層開采時直接頂初次垮落步距約為40m，而下煤層約為30m。<

6、br>　　2)由于此地質(zhì)條件為淺埋藏近距離煤層，在重復(fù)采動影響下，覆巖裂隙延伸至模型頂部，采場覆巖只存在冒落帶和裂隙帶，不會形成彎曲下沉帶，并在模型頂部平面形成“橢圓形”裂隙區(qū)。裂隙區(qū)范圍內(nèi)巖層出現(xiàn)臺階下沉，臺階高度在10cm-13cm間。從裂隙分布特征可以看出，裂隙區(qū)內(nèi)表現(xiàn)出非對稱性，主要表現(xiàn)為采空區(qū)中部裂隙較為發(fā)育，裂隙密集且裂隙寬度較小，而對于四周的裂隙，裂隙寬度較大，裂隙分布稀疏。
　　3)在2-2煤層開采過程中，2-2煤