【摘要】：隨著煤層深度及開采強(qiáng)度的增加,深井開采強(qiáng)礦壓現(xiàn)象突顯,嚴(yán)重威脅礦井安全高效生產(chǎn)。華亭礦區(qū)硯北煤礦采用綜放開采,開采厚度為12.0m,論文以硯北煤礦強(qiáng)礦壓為研究背景,應(yīng)用關(guān)鍵層理論、物理相似材料模擬、數(shù)值模擬、巖石力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等理論及研究手段,分析研究硯北煤礦綜放開采覆巖結(jié)構(gòu)失穩(wěn)演化規(guī)律及其強(qiáng)礦壓形成機(jī)理,確定綜放工作面寬度和區(qū)段煤柱寬度與復(fù)合關(guān)鍵層控制范圍之間的關(guān)系,選取合理的工作面寬度及區(qū)段煤柱寬度以達(dá)到避災(zāi)目的。主要研究結(jié)果如下:華亭礦區(qū)硯北煤礦煤5層開采覆巖具有“兩硬一軟”特征。綜合分析煤5層開采覆巖巖性特征及礦壓顯現(xiàn)情況表明:煤層頂板侏羅統(tǒng)地層中巖性較硬、分層厚度較大的砂巖分布較多,具有明顯的關(guān)鍵層特性;侏羅統(tǒng)之上新近系甘肅群巖層以泥巖類為主,夾砂巖、砂礫巖,為強(qiáng)風(fēng)化帶,其與第四系黃土層組成覆巖上部松散加載層,總厚度180m左右。應(yīng)用關(guān)鍵層理論計(jì)算分析硯北煤礦開采煤層覆巖特性,得出距煤5層頂板21.8m的位置19.8m厚的細(xì)砂巖為覆巖中的亞關(guān)鍵層,也是開采煤層的老頂;位于覆巖中部的兩層厚度分別為20.19m和19.20m相鄰的細(xì)砂巖和粉砂巖為覆巖中的主(復(fù)合)關(guān)鍵層,即覆巖移動(dòng)變形的主控制層。華亭礦區(qū)硯北煤礦覆巖具有明顯的“兩硬一軟”特征,兩硬指較堅(jiān)硬的亞關(guān)鍵層和堅(jiān)硬的復(fù)合關(guān)鍵層,一軟指覆巖上部到地表的厚松散層。構(gòu)造應(yīng)力是強(qiáng)礦壓形成的條件之一。通過物理相似材料模擬研究,結(jié)合礦井生產(chǎn)實(shí)踐得出硯北煤礦長(zhǎng)壁綜放工作面初次來壓步距為70～78m,周期來壓步距為26～42m。水平構(gòu)造應(yīng)力對(duì)復(fù)合關(guān)鍵層破斷步距存在一定影響,存在構(gòu)造應(yīng)力時(shí)復(fù)合關(guān)鍵層的破斷步距大于非構(gòu)造應(yīng)力時(shí)破斷步距,同時(shí)構(gòu)造應(yīng)力的作用使得復(fù)合關(guān)鍵層破斷瞬間釋放更大彈性能,使得工作面礦壓顯現(xiàn)更為劇烈。覆巖中部復(fù)合關(guān)鍵層與其上方的應(yīng)力拱構(gòu)成控制覆巖破斷失穩(wěn)的大結(jié)構(gòu)。相似材料模擬和數(shù)值模擬結(jié)果表明,煤5層綜放開采條件下,亞關(guān)鍵層位于冒落帶范圍,隨工作面開采產(chǎn)生初次破斷和周期破斷,不具備大范圍控制能力和高強(qiáng)度致災(zāi)條件;復(fù)合關(guān)鍵層位于覆巖中部,具備大范圍控制其上覆巖層運(yùn)移的條件,其上覆巖層在運(yùn)移過程中構(gòu)成應(yīng)力拱結(jié)構(gòu),當(dāng)復(fù)合關(guān)鍵層破斷應(yīng)力拱結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后,在其上覆巖層及厚松散層與其同步運(yùn)動(dòng),釋放巨大動(dòng)載能量進(jìn)而導(dǎo)致采掘場(chǎng)形成強(qiáng)礦壓。應(yīng)用薄板理論構(gòu)建了硯北煤礦復(fù)合關(guān)鍵層破斷力學(xué)模型,結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果,分析了覆巖移動(dòng)破壞演化規(guī)律及強(qiáng)礦壓形成機(jī)理。在研究覆巖中部復(fù)合關(guān)鍵層和其上部軟弱巖層及松散加載層構(gòu)成的覆巖高位結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用薄板理論構(gòu)建了復(fù)合關(guān)鍵層破斷力學(xué)模型,在復(fù)合關(guān)鍵層破斷步距計(jì)算公式中加入?yún)^(qū)段煤柱寬度的影響因子。經(jīng)計(jì)算給出復(fù)合關(guān)鍵層破斷時(shí)控制范圍,為確定合理工作面寬度、區(qū)段煤柱寬度奠定了理論基礎(chǔ)。通過理論分析給出,華亭礦區(qū)硯北煤礦煤5層開采覆巖中部復(fù)合關(guān)鍵層破斷瞬間釋放的沖擊載荷是強(qiáng)礦壓形成的主要條件,復(fù)合關(guān)鍵層控制范圍越大,其破斷前所承載的載荷和聚積的能量也越大,破斷時(shí)形成的強(qiáng)礦壓危害也越大。應(yīng)用數(shù)值模擬方法研究了工作面寬度和區(qū)段煤柱尺寸對(duì)強(qiáng)礦壓災(zāi)害強(qiáng)度的影響,確定了區(qū)段煤礦寬度與復(fù)合關(guān)鍵層破斷步距之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明,在工作面寬度一定時(shí),區(qū)段煤柱寬度越大,復(fù)合關(guān)鍵層控制覆巖范圍越大,破斷時(shí)釋放彈性能越大,對(duì)井下安全危害也越大;區(qū)段煤柱寬度一定的條件下,在極限跨距內(nèi)隨著工作面寬度的增加,復(fù)合關(guān)鍵層控制覆巖范圍增大,發(fā)生破斷時(shí)釋放彈性能增大,對(duì)井下安全威脅也加大。有效削弱區(qū)段煤柱支撐作用,減小復(fù)合關(guān)鍵層控制范圍是減輕井下強(qiáng)礦壓沖擊威脅程度的重要途徑之一,在華亭礦區(qū)硯北煤礦特定地質(zhì)采礦條件下,合理工作面布置參數(shù)為:工作面寬度在140～150m左右,區(qū)段煤柱寬度不大于6m。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD325

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙國(guó)彥;周士祥;;基于厚板理論的濱海開采頂板安全厚度確定[J];中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào);2015年04期

2 Zhao Xiaodong;Jiang Jian;Lan Bochao;;An integrated method to calculate the spatial distribution of overburden strata failure in longwall mines by coupling GIS and FLAC~(3D)[J];International Journal of Mining Science and Technology;2015年03期

3 姜福興;姚順利;魏全德;張立明;王顏亮;;礦震誘發(fā)型沖擊地壓臨場(chǎng)預(yù)警機(jī)制及應(yīng)用研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年S1期

4 柴敬;汪志力;劉文崗;張渤;李毅;袁強(qiáng);;采場(chǎng)上覆關(guān)鍵層運(yùn)移的模擬實(shí)驗(yàn)檢測(cè)[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年01期

5 來興平;劉小明;曹建濤;孫歡;;開采擾動(dòng)區(qū)斷層采動(dòng)活化誘發(fā)巖體動(dòng)態(tài)變形模型實(shí)驗(yàn)[J];西安科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年06期

6 索永錄;劉建都;周麟晟;毛小娃;商鐵林;;極近距離煤層群開采區(qū)段煤柱合理寬度的研究[J];煤炭工程;2014年11期

7 索永錄;祁小虎;劉建都;肖江;;急斜煤層階段煤柱穩(wěn)定性與頂板控制研究[J];煤炭技術(shù);2014年10期

8 伍永平;劉孔智;，

本文編號(hào)：2404909