含水层下特厚煤层综放开采覆岩破坏规律研究

论文摘要

对于特厚煤层综放开采条件下上覆岩层的破坏特点国内外研究较少，而上覆岩层的运动、破断直接涉及到导水裂隙带发育高度，能使位于开采范围内的地表水、地下水溃入井下，威胁着井下作业的安全。因此，研究特厚煤层上覆岩层的移动和破坏规律具有重要的经济效益和社会意义。本文以断裂力学和弹塑性力学知识为基础，将矿山压力理论和特殊开采理论紧密结合，对上覆岩层的破坏过程建立各种力学模型分别进行了研究分析，根据上覆岩层的受力情况，总结了综放工作面覆岩结构及其破坏特点。在此基础上，分析了导水裂隙带的形态、发育特征及其高度变化特征，最后总结出影响导水裂隙带高度发展的主要因素。以西安科技大学岩层控制重点实验室为依托，针对彬长矿区胡家河煤矿工程地质条件，利用物理相似模拟试验方法对综放开采过程进行了研究，分析了上覆岩层采动过程中岩体运移规律和裂隙扩展规律,导水裂隙带发展高度约为采高的14～16倍，且与推进距离大致成线性关系，洛河组砂岩含水层可能引发矿井突水。采用有限差分数值模拟方法对含水层下综放开采覆岩破坏规律进行了模拟研究，分析了采动过程中覆岩的破坏场、应力场和位移场特征，对工作面发生突水灾害的可能性做了预计。根据实验模拟结果，总结综放工作面覆岩破坏规律，采用数学方法对经验公式进行了优化，与生产单位实际情况相比较，准确性较高，可靠性较好，具有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外对综放开采覆岩破坏规律的研究
• 1.2.2 国内对综放开采覆岩破坏规律的研究
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 研究的主要内容及方法
• 1.3.1 研究的主要内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.4 技术路线
• 2 覆岩破坏规律及导水裂隙带基础研究
• 2.1 上覆岩层破坏形式
• 2.1.1 弯拉破坏
• 2.1.2 剪（切）断破坏
• 2.2 上覆岩层受力状态
• 2.3 上覆岩层导水裂隙带发育规律
• 2.3.1 上覆岩层“ 三带理论”
• 2.3.2 导水裂隙带形态
• 2.3.3 导水裂隙带发育特征
• 2.3.4 导水裂隙带高度变化特征
• 2.3.5 影响导水裂隙带高度发展的因素
• 2.4 综放工作面覆岩结构及破坏特点
• 2.5 本章小结
• 3 综放开采相似模拟试验研究
• 3.1 相似模拟试验原理
• 3.2 相似模拟试验设计
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 模型参数确定
• 3.2.3 试验设备
• 3.2.4 试验步骤
• 3.3 模型的开采与观测
• 3.4 试验数据分析
• 3.4.1 工作面来压情况分析
• 3.4.2 上覆岩层裂隙发展及分布规律
• 3.4.3 上覆岩层垮落特征分析
• 3.5 本章小结
• 4 综放开采数值模拟试验研究
• 4.1 计算方法简介
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 计算程序
• 4.2 计算模型的建立
• 4.2.1 计算模型
• 4.2.2 本构关系
• 4.2.3 力学参数的选取
• 4.2.4 数值模拟计算方案
• 4.3 模拟计算结果分析
• 4.3.1 围岩破坏场分析
• 4.3.2 围岩应力场分析
• 4.3.3 围岩位移场分析
• 4.4 本章小结
• 5 综放工作面覆岩破坏规律及导水裂隙带高度预测
• 5.1 综放工作面岩层移动与破坏规律
• 5.2 传统经验公式法预计导水裂隙带最大高度
• 5.2.1 导水裂隙带最大高度的预计经验公式
• 5.2.2 经验公式计算结果
• 5.3 根据模拟结果优化导水裂隙发育经验公式
• 5.3.1 模拟结果
• 5.3.2 回归分析
• 5.3.3 回归分析结果
• 5.4 现场实测
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• Ⅰ 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• Ⅱ 攻读硕士学位期间发表的学术论文