四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动及控制研究

论文摘要

本文依托国家自然科学基金面上项目“采动覆岩空间结构及其与应力场动态关系研究(50074021)”和国家自然科学基金重大国际合作项目“煤矿覆岩破裂灾变的机理、监测与控制研究(50320120001)”，运用相似材料模拟、现场实测、数值模拟和理论分析等方法，对采场“θ”型覆岩多层空间结构的形成、演化规律、与支承压力分布的关系及其控制技术进行了研究。 本文提出了四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构理论。覆岩多层结构的形成过程存在岩梁结构和拱结构转换的过程，是动态的。在非充分采动阶段，采场覆岩的整个空间结构是由最大结构拱及其掩护下成对小结构拱共同组成的。在充分采动阶段，整个采场覆岩多层空间结构分为两个相对独立的较小的多层空间结构。 提出“θ”型覆岩多层空间结构是由上向下逐步形成的。 研究揭示“θ”型覆岩多层空间结构演化及矿山压力分布规律为：当孤岛煤柱剩余走向尺寸为L≈2hcot δ(h为拱结构最高层覆岩顶部到开采煤层的平均距离，δ为岩层移动角)时，采场上方两个“C”型空间结构开始产生力的关系，开始形成一个“θ”型空间结构；该结构的支承压力开始叠加，此后孤岛煤柱上支承压力明显增大。 “θ”型覆岩多层空间结构下的孤岛煤柱开采，可能出现的主要灾害为冲击地压或煤柱快速变形。本文提出利用煤层应力计压力读数规律预测煤柱的破坏形式。针对可能出现的灾害，本文提出利用分阶段控制顶煤放出率来控制顶板运动激烈程度的方法；并提出了不同阶段的顶煤放出率和工作面覆岩结构稳定性关系的判据。对积水、瓦斯以及煤炭自燃等灾害提出了防治措施。 最后，通过鲁西煤矿井下微地震覆岩空间结构监测和河南义马矿务局常村矿四面采空采场开采工程实践，验证和应用了本文关于四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构的理论。

论文目录

• 声明
• AFFIRMATION
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 文献综述及国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容和研究方法
• 1.4 本章小结
• 2 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构的形成与发展演化
• 2.1 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构演化的研究方法
• 2.2 相似材料模拟揭示的覆岩多层结构
• 2.3 基于钻孔应力反演覆岩运动揭示的多层结构
• 2.4 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构的形成和发展演变
• 2.5 本章小结
• 3 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动与矿压分布规律
• 3.1 “θ”型覆岩多层空间结构形成与矿压分布规律的基本认识
• 3.2 四面采空采场矿压分布规律的数值模拟研究
• 3.3 本章小结
• 4 微地震定位监测揭示的覆岩空间结构及其矿压规律
• 4.1 微地震监测技术研究现状和应用范围简介
• 4.2 微地震定位监测位置与观测系统设计安装
• 4.3 微地震定位监测数据统计与处理
• 4.4 微地震事件定位成果图揭示的空间结构及其与矿山压力分布
• 4.5 本章小结
• 5 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动与矿压控制
• 5.1 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间大结构运动与矿压控制
• 5.2 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构的“有限矿压”控制
• 5.3 本章小结
• 6 四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构观点的验证与应用
• 6.1 微地震定位监测揭示的覆岩空间结构的验证与应用
• 6.2 四面采空“孤岛”型采场的工程实践
• 6.3 本章小结
• 7 主要研究成果和结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文和参加的科研项目
• 中文详细摘要