缓倾斜多煤层开采围岩应力场及岩层运移规律研究

论文摘要

针对谢桥煤矿6煤层和8煤层联合开采的特点,本文在分析工程实际和现场调研的基础上,采用理论分析、计算机数值模拟和现场实测相结合的综合研究方法,对缓倾斜多煤层开采产生的复杂应力场和位移场、岩层破坏机理及煤层间相互影响规律进行了系统深入的研究。首先分析了缓倾斜多煤层开采覆岩变形、破坏、垮落及煤层间相互影响的时空关系,计算得出谢桥矿多煤层开采冒落带与裂隙带高度;接着运用FLAC3D数值模拟软件研究了下层煤采动过程中,采场围岩应力场、覆岩运移规律及其对上部煤层的影响。再者运用弹性薄板理论研究了上部煤层开采底板应力场的传播扩散规律,分析了支承压力在煤层底板下任一点处的工程力学解,并应用岩体弹塑性力学知识计算煤层底板最大破坏深度及影响范围;并运用数值模拟软件模拟研究了多煤层采区上部煤层底板采动应力场分布规律、底板岩体变形破坏特征及其对下部煤层的影响;同时探讨了多煤层开采煤层间相互影响程度及回采巷道的合理布置方式。最后结合现场地质条件,对上部煤层开采引起的下层煤工作面压力显现特征及巷道围岩变形规律进行现场实测研究,对数值模拟结果的合理性进行验证。该研究成果为缓斜多煤层安全回采提供了理论参考,对类似条件下多煤层开采及巷道位置合理布置有一定的现实意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 缓倾斜多煤层（群）开采研究现状
• 1.2.2 围岩应力场与岩层运移规律研究现状
• 1.2.3 围岩应力场及岩层运移规律的数值模拟研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 论文研究的主要内容
• 1.5 论文研究的理论和实际意义
• 1.6 研究方法及技术路线
• 2 缓倾斜多煤层开采覆岩移动变形特征
• 2.1 地下开采引起的岩层移动及破坏形态分区
• 2.1.1 采动影响覆岩变形垮落的时空关系
• 2.1.2 岩层移动分区
• 2.1.3 覆岩移动及破坏的力学模式
• 2.2 缓斜多煤层开采冒落带与裂隙带高度
• 2.2.1 覆岩破坏发育高度与覆岩岩性的关系
• 2.2.2 多煤层开采覆岩破坏范围的最终形态
• 2.3 多煤层采区下部煤层开采对上层煤影响的时空关系
• 2.3.1 下部煤层开采对上层煤影响的空间关系
• 2.3.2 下部煤层开采对上层煤影响的时间关系
• 2.4 谢桥矿多煤层开采覆岩破坏高度及对上层煤的影响范围
• 2.4.1 谢桥矿多煤层开采工程地质概况
• 2.4.2 谢桥矿多煤层开采覆岩破坏高度的确定
• 2.4.3 下部6煤开采对上覆8煤的影响范围
• 2.5 本章小结
• 3 下层煤开采上覆岩（煤）层应力及运移规律数值模拟研究
• 3.1 数值模拟方法与其基本原理
• 3.1.1 数值模拟方法的特点
• 3.1.2 FLAC的基本原理
• 3.2 数值模拟计算模型的建立
• 3.2.1 计算模型与参数
• 3.2.2 计算模型方案及模拟步骤
• 3.3 岩体力学参数的选取
• 3.4 模拟计算结果分析
• 3.4.1 围岩应力场分布特征
• 3.4.2 覆岩塑性区域分布特征
• 3.4.3 围岩位移场分布特征
• 3.4.4 下层煤开采引起的上部煤层应力变化规律
• 3.4.5 下层煤开采引起的上部煤层位移变化规律
• 3.5 本章小结
• 4 上层煤开采底板应力场及破坏深度的力学解析
• 4.1 采动影响下底板岩体应力分布规律
• 4.2 煤层底板应力场的工程力学解析
• 4.2.1 计算分析模型
• 4.2.2 基本方程推算
• 4.2.3 支承压力在底板中的传递规律
• 4.3 塑性理论计算底板岩体最大破坏深度
• 4.3.1 底板岩体最大破坏深度的塑性解
• 4.3.2 煤体屈服区长度计算
• 4.3.3 谢桥矿8煤层底板破坏带的分布形态
• 4.4 本章小结
• 5 煤层底板应力场及其对下层煤采动影响的数值模拟研究
• 5.1 计算模型的建立
• 5.2 岩体力学参数的选取
• 5.3 模拟计算过程
• 5.4 模拟结果分析
• 5.4.1 煤层底板岩体塑性区域分布及破坏深度
• 5.4.2 煤层底板下不同深度处岩体应力分布
• 5.4.3 煤层底板下不同深度处岩体位移分布
• 5.4.4 上层煤采动对下层煤工作面支承压力的影响
• 5.4.5 两煤层同采时下层煤回采巷道合理位置选择
• 5.5 本章小结
• 6 缓倾斜多煤层联合开采现场实测研究
• 6.1 试验矿井条件及工作面概况
• 6.2 观测概述
• 6.2.1 观测内容
• 6.2.2 观测方法及观测仪器
• 6.3 回采巷道位移观测结果分析
• 6.3.1 13116回风巷位移变化规律
• 6.3.2 13116运输巷位移变化规律
• 6.3.3 上层煤工作面开采对下部巷道围岩变形的影响
• 6.4 工作面液压支架载荷观测结果分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果