灵武矿区2~#煤层综放开采覆岩结构研究

论文摘要

宁东是我国建设的13个亿吨煤炭基地之一,目前煤炭产量主要来自灵武矿区2#煤层,随着灵武矿区综放开采技术的发展,促使我们对该矿区2#煤层综放开采上覆岩层结构进行研究。研究综放工作面上覆岩层结构,对认识综放开采上覆岩层垮落形式、加强工作面顶板管理、指导现场生产具有一定的现实意义。本文针对灵武矿区磁窑堡二矿C142综放工作面工程地质条件,在上覆岩层结构理论分析的基础上,基于现场监测、数值模拟实验、相似材料模拟实验和理论计算方法对综放开采上覆岩层结构及其破断规律进行了研究。通过现场监测,从走向和倾向两个方面对矿压规律进行了分析。利用RFPA 2D数值模拟方法对综放工作面开采过程进行了模拟,对顶板结构、顶板垮落过程及地表移动规律进行了分析。利用物理相似模拟实验对综放工作面支架上方小结构进行研究,并进行了理论计算。研究表明,灵武矿区2#煤层综放开采矿压规律明显,动载系数较低,工作阻力高于一般综放工作面。综放开采上覆岩层存在着压力拱结构,工作面支架工作阻力来自于压力拱内部岩石相互作用和拱趾压力。提出主压力拱的概念,确定了主压力拱初次破断前后拱顶变化趋势线,拱趾(支承压力)受力状况及移动规律。沿工作面倾向矿压显现特点明显,周期来压时工作面中部压力最大,非来压期间压力峰值向两侧转移。压力拱内部小结构为梁式结构,直接顶和老顶初次垮落应属固支梁结构,周期破断应属简支梁结构,直接顶垮落两次,老顶垮落一次,并对梁式结构进行了理论验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 采场上覆岩层结构研究现状
• 1.2.1 采场上覆岩层活动规律假说
• 1.2.2 采场上覆岩层结构理论
• 1.3 综放工作面顶板结构研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 2 上覆岩层结构理论基础
• 2.1 拱形理论综述
• 2.1.1 采场压力拱基础
• 2.1.2 压力拱理论计算
• 2.2 梁式理论综述
• 2.3 本章小结
• 3 C142 综放工作面矿压规律
• 3.1 工程概况
• 3.1.1 矿井地质条件
• 3.1.2 工作面概况
• 3.2 工作面矿压规律
• 3.2.1 观测方法
• 3.2.2 沿工作面走向矿压规律
• 3.2.3 沿工作面倾向矿压规律
• 3.2.4 支架受力特点
• 3.3 矿压规律反映上覆岩层结构特点
• 3.4 本章小结
• 4 综放工作面压力拱结构
• 4.1 RFPA 2D 数值模拟基本原理
• 4.2 RFPA 2D 数值模拟设计
• 4.3 RFPA 2D 数值模拟结果与分析
• 4.3.1 沿走向压力拱特征
• 4.3.2 沿倾向压力拱特征
• 4.4 压力拱结构分析
• 4.5 本章小结
• 5 拱内小结构力学模型分析
• 5.1 相似模拟实验研究目的
• 5.2 相似模拟实验原理
• 5.3 综放工作面相似模拟实验设计
• 5.4 实验过程及其现象描述
• 5.4.1 实验过程
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.5 梁式结构理论验证
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录