不等厚土层薄基岩浅埋煤层覆岩移动规律及支护阻力确定

论文摘要

本文根据东胜矿区煤层浅埋深、薄基岩、上覆厚表土层的典型赋存特征,综合运用理论分析、计算机数值计算、物理模拟实验及现场实测等研究方法,对该区基岩厚度及其上覆表土厚度的不同组合条件下覆岩移动规律及工作面的合理支护阻力进行了分析研究。研究表明:厚土层（20～80 m之间）覆盖的浅埋煤层工作面在开采过程中,工作面直接顶初次垮落步距和基本顶初次来压步距普遍较大（直接顶初次垮落步距约65 m,基本顶初次来压步距约103 m）,给工作面安全生产带来很大威胁;且随着基岩厚度增大,直接顶初次垮落步距、基本顶初次来压步距和周期来压步距将增大,矿压显现更加强烈。当基岩厚度小于70 m时,工作面在一定的推进距离内,厚土层与基岩易出现离层,但随着工作面的继续推进,采动裂隙不断发育,并很快贯通到地表;基岩厚度大于70 m时,采动裂隙不能贯通到地表。不等厚土层薄基岩浅埋煤层工作面的矿山压力显现相对缓和,在足够的支护阻力支撑下,工作面不会沿煤壁出现台阶下沉现象。同时,理论研究认为砌体梁理论不完全适用于计算地表为厚土层浅埋煤层顶板结构的支架载荷。本文在此基础上通过研究破断岩柱关键块的平衡条件,初步建立了关键岩块结构力学模型,得到了厚土层覆盖的浅埋煤层工作面合理支护阻力的理论计算公式,并且得到现场实践验证。研究成果在伊泰集团纳林庙二号井6-2101大采高首采工作面实践中得到成功的应用,为类似地型条件下厚煤层机械化一次全高开采提供了理论依据和实践指导。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出和研究意义（Problem Introduction and Research Significance）
• 1.2 国内外研究现状（Overseas and Domestic Research Status）
• 1.2.1 国外研究现状（Overseas Research Status）
• 1.2.2 国内研究现状（Domestic Research Status）
• 1.3 研究的主要方法和内容（Main Contents & Research Method）
• 1.3.1 研究方法（Research Method）
• 1.3.2 研究内容（Research Contents）
• 1.4 研究重点与难点（Research Emphasis and Difficulties）
• 1.5 研究的技术路线（Research Technical Courses）
• 2 东胜矿区地质特征分析
• 2.1 矿区地质特征分析（Geological Characters Analysis）
• 2.1.1 矿区地形地质概况（Topography and Geology Introduction）
• 2.1.2 厚土层工程地质特征（Engineering Geological Characters of Thick Soil Layer）
• 2.2 矿区煤层系地质特征（Coal Seams Geological Characters）
• 2.3 本章小结（Chapter Summary）
• 3 浅埋薄基岩煤层覆岩移动规律模拟分析
• 3.1 数值模拟模型建立（Model Foundation of Numerical Simulation）
• 3.1.1 UDEC3.0 软件简介（UDEC3.0 Software Introduction）
• 3.1.2 覆岩移动特征数值分析（Overlying Strata Removing Characters Simulation Analysis）
• 3.2 采动覆岩移动特征数值分析（Mining Overlying Strata Removing Characters Numerical Analysis）
• 3.3 本章小结（Chapter Summary）
• 4 不等厚土层薄基岩浅埋煤层覆岩移动规律的物理模拟分析
• 4.1 相似材料模拟简介（Similar Materials Simulation brief introduction）
• 4.2 模型建立（Model Foundation）
• 4.2.1 实验目的（Experiment Purpose）
• 4.2.2 实验对象（Experiment Object）
• 4.2.3 模拟相似条件和监测点布置（Simulation Similar Condition and Monitoring Point Arrangement）
• 4.3 模拟实验结果分析（Simulation Experiment Results Analysis）
• 4.3.1 顶板岩层破断规律（Roof Strata Rupture Regulation）
• 4.3.2 顶板岩层应力变化规律（Roof Strata Variation Stresses Regulation）
• 4.4 本章小结（Chapter Summary）
• 5 采场支护阻力确定
• 5.1 关键层顶板结构分析（Key Strata Roof Structure Analysis）
• 5.2 老顶岩块稳定性分析（Main Roof Rock Blocks Stability Analysis）
• 5.3 顶板载荷确定（Roof Loading Determination）
• 5.4 工作面理论支护阻力（Theoretical Support Resistance of Coalface）
• 5.5 支护阻力计算实例分析（Support Resistance Calculation Example Analysis）
• 5.6 本章小结（Chapter Summary）
• 6 不等厚土层薄基岩浅埋煤层工作面矿压观测分析
• 6.1 纳林庙二号井6-2101 综采工作面概况（6-2101 Fully mechanized Coal Mining Working Face Introduction of Nalinmiao Mine）
• 6.1.1 6-2101 综采工作面地质条件（Geological Conditions of 6-2101 Fully mechanized Coal Mining Working Face）
• 6.1.2 煤层赋存条件（Coal Seam Occurrence Conditions）
• 6.1.3 开采技术条件（Mining Technology Conditions）
• 6.2 矿压观测结果分析（Ground Pressure Observation Results Analysis）
• 6.2.1 初次来压（First Weighting）
• 6.2.2 周期来压（Periodical Weighting）
• 6.3 工作面支架运行特性分析（Operation Characteristics Analysis of Coalface Hydraulic Support）
• 6.4 工作面支架运转特性分析（Operation Characteristics Analysis of Coalface Hydraulic Support）
• 6.5 巷道变形规律分析（Analysis of Tunnel Distortion Law）
• 6.5.1 观测数据的记录整理（Arrangement of Observation Data）
• 6.5.2 围岩移进量分析（Analysis of Rock Shifting）
• 6.5.3 围岩变形速度分析（Analysis of Rock Distortion Speed）
• 6.6 合理确定停采线位置（Determining Stopping Mining Position Reasonablely）
• 6.7 本章小结（Chapter Summary）
• 7 主要结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集