急倾斜煤层充填开采矿压显现规律模拟研究

论文摘要

近年来,我国东部矿区建筑物下压煤问题、开采沉陷破坏建筑物问题日益受到重视。矸石充填开采可以有效解决上述问题,但急倾斜煤层在开采及充填时,顶板沿倾斜方向支撑条件不同,围岩移动破坏表现出一定特殊性。因此相关矿压理论及覆岩移动规律还需要进一步研究完善。根据煤层覆岩破坏理论,对急倾斜煤层顶板受力特征、移动规律、基本顶破断形成的倾斜堆砌结构进行了研究,分析采场岩层垮落破坏后空间分布形式和运动特征,揭示了充填体的作用机理及其在围岩支护中发挥的物理、力学和结构作用。结合煤矿岩层地质和开采特点,选用基于拉格朗日快速差分算法的数值模拟软件FLAC3D,分别对2.5m厚的急倾斜煤层伪斜垮落开采和伪斜充填开采进行了模拟研究。通过分析围岩竖向应力分布、顶板下沉量、顶底板移动速度、岩层破坏特征,主要得到以下充填开采矿压显现规律。垮落开采时:顶板破坏符合“三带”特征,上段垮落高度约为下段的3.5倍,下沉速率峰值、持续时间约为下段的1.76倍。基本顶约50%下沉超过1.25m,下沉速率峰值出现在工作面后方18m以外;关键层约40%下沉超过1m,垮落滞后基本顶大约5m;工作面开采时,底板中下段底鼓活跃。煤层采过24m后,围岩破坏范围达到稳定,垮落带形状为不对称拱形。充填开采时:顶板中没有垮落带,破坏表现为“两带”特征;充填体大部分压缩沉降小于0.3m,压缩率约为12%;基本顶大部分下沉小于0.13m,平均下沉速度、持续时间低于垮落开采时的一半;底鼓活跃期持续时间约为垮落开采时的一半,中下段底鼓速度会明显增大;覆岩随开采均匀缓慢沉降,形状基本与煤层平行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第1章 绪论
• 1.1 问题提出及研究意义
• 1.1.1 课题研究的必要性
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 充填开采研究现状
• 1.2.2 急倾斜矿压规律研究现状
• 1.2.3 数值模拟研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 急倾斜煤层覆岩破坏规律研究
• 2.1 覆岩移动规律
• 2.1.1 采场围岩移动特性
• 2.1.2 顶板岩层裂断形式
• 2.1.3 堆砌结构的分布特征
• 2.1.4 堆砌结构的运动特征
• 2.2 覆岩破坏力学分析
• 2.2.1 覆岩挠曲力学分析
• 2.2.2 覆岩破断力学分析
• 2.3 充填体对覆岩破坏的影响作用
• 2.3.1 充填体力学特性
• 2.3.2 充填体作用机理
• 第3章 赵各庄矿急倾斜充填开采数值模拟
• 3.1 井田地质概况
• 3.2 采煤方法选择
• 3.3 数值模型的建立
• 3.4 边界条件设定
• 3.5 本构模型及力学破坏准则
• 第4章 矿压显现规律数值模拟结果分析
• 4.1 采区应力变化规律
• 4.2 顶板下沉量变化规律
• 4.3 围岩移动速度变化规律
• 4.4 岩层破坏范围发育规律
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集