枣泉煤矿近浅埋煤层首采工作面覆岩破坏规律研究

论文摘要

近十余年来我国对浅埋煤层（150m以内）进行了比较深入的研究,得出典型的浅埋煤层工作面上覆岩层破坏规律。然而,对基岩层厚度比较大、松散载荷层厚度比较小的近浅埋煤层（100200m）的工作面上覆岩层破断规律研究相对偏少,对岩体破裂与岩层移动过程的规律仍然缺乏完整和统一的认识。因此,在水资源匮乏、生态环境脆弱的西北部地区进行大规模近浅埋煤层开采时,掌握工作面上覆岩层破坏规律,不论对煤矿的安全生产,还是对地下水资源的保护都具有非常重要价值。宁夏灵武矿区枣泉煤矿2号煤层首采工作面埋深115-215m,本文对该工作面的地质特征进行分析。收集了工作面矿压数据,对矿压显现规律进行了研究。同时,利用相似材料模拟实验,模拟现场工作面的推进,研究工作面覆岩破坏规律和动态发展过程。最后从理论上对覆岩破坏机理进行解释与探索。研究表明,枣泉煤矿2号煤层首采工作面周期来压不明显,来压期间的支架工作阻力一般不超过额定工作阻力,支架控制顶板的高度小于68倍采高,并且周期来压为中部顶板来压步距小,两端顶板来压步距大。通过相似材料模拟实验,得出第一分层开采后,工作面覆岩破坏形成“三带”,Ⅳ号含水层破坏,并测量出“三带”高度和地表下沉量;第二分层开采后,“三带”变成“两带”,Ⅲ号含水层破坏。利用关键层理论确定出工作面上覆岩层中存在4个关键层,经过理论分析和实验过程,认为第一分层开采后,只破坏了第1、2关键层,第二分层开采后,将破坏第3、4关键层,进而从理论上给出了覆岩层破坏的过程和机理。研究结果对近浅埋煤层工作面的开采具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国外研究状况
• 1.3 国内研究状况
• 1.3.1 关于覆岩破坏及运动规律的研究
• 1.3.2 关于层状岩层介质属性的认识
• 1.3.3 采场支承压力分布规律的研究
• 1.4 研究的内容和方法
• 2 枣泉煤矿概况及矿压规律研究
• 2.1 地质和开采条件
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 地质构造
• 2.1.3 水文地质概况
• 2.1.4 岩石工程地质特征
• 2.1.5 煤层顶底板特性
• 2.1.6 煤层及煤质
• 2.1.7 瓦斯、煤尘及煤层自然发火情况
• 2.2 首采工作面概况及矿压观测
• 2.2.1 工作面概况
• 2.2.2 观测方法及数据整理
• 2.3 采煤工作面矿压显现规律
• 2.3.1 工作面沿走向矿压特征
• 2.3.2 工作面沿倾向矿压特征
• 2.3.3 支架支撑覆岩高度的确定
• 2.4 本章小结
• 3 覆岩破坏的相似材料模拟试验研究
• 3.1 相似材料模拟方法
• 3.2 相似材料模拟试验设计
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验设计
• 3.3 开挖设计
• 3.4 试验过程描述
• 3.4.1 第一分层开采过程的描述
• 3.4.2 第二分层开采过程的描述
• 3.4.3 地表下沉观测
• 3.5 试验结果
• 3.6 本章小结
• 4 覆岩破坏规律机理的理论研究
• 4.1 覆岩破坏规律研究的理论基础
• 4.1.1 覆岩破坏形成结构的理论
• 4.1.2 覆岩破坏移动变形分带的理论
• 4.1.3 关键层理论
• 4.2 工作面上覆岩层破坏运动规律
• 4.2.1 上覆岩层特征
• 4.2.2 覆岩层三带的形成
• 4.2.3 关键层破坏运动规律分析
• 4.3 老顶形成块体结构的机理
• 4.4 老顶岩层破断规律及顶板来压强度计算
• 4.4.1 老顶岩层的初次与周期破断步距
• 4.4.2 顶板来压强度计算
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 思考与探讨
• 致谢
• 参考文献
• 附录