淺埋近距離厚煤層群開采覆巖運動規律研究.pdf

1、論文以神東礦區補連塔礦近距離煤層群開采為主要研究對象，采用理論分析、計算機數值模擬、室內立體三維相似材料模型試驗等方法，對近距離煤層群開采上覆巖層結構的運移特征、裂隙分布隨推進距離的變化、采場應力分布及演化規律以及重復采動引起的裂隙與地表貫通情況進行了研究，主要獲得以下結論：
　　一、近距離煤層群煤層之間覆巖結構模型及失穩條件
　　1)根據實際地質分布狀況，將近距離煤層群層間覆巖結構分為：煤層之間無亞關鍵層和煤層之間存在亞關

2、鍵層兩類。當煤層間存在亞關鍵層時，亞關鍵層破斷后采場上覆巖層將以“砌體梁”結構或“臺階巖梁”結構形式存在。
　　2)建立亞關鍵層斷裂后關鍵塊的力學模型，得出亞關鍵層斷裂后以“砌體梁”結構或“臺階巖梁”結構形式產生的前提。
　　二、近距離煤層群開采的FLAC3D數值模擬實驗研究
　　1)近距離煤層群開采覆巖結構運動特征
　　隨著工作面推進距離增加，采空區上覆巖層塑性區的分布范圍逐漸擴大。上煤層（1-2煤層）開采過程

3、中，煤層底板發生了卸壓破壞，采空區底板巖層塑性區在推進到一定距離后底板破壞深度不再增加，只是隨著工作面推進，底板塑性區的走向邊界隨之向前推移。處于塑性區破壞狀態的上覆巖層，采動裂隙較為發育，裂隙帶直至關鍵層下方，關鍵層未遭到破壞。
　　上煤層（1-2煤層）開采后，在下煤層（2-2煤層）前期開采過程中，2-2煤層頂板巖層塑性區范圍大小幾乎沒有變化。沿工作面推進方向上底板塑性區隨著工作面的推進變化較小，在2-2煤層底板一定深度內塑性區

4、幾乎沒有，這是由于上煤層開采后，上煤層底板應力得到釋放，因此，在2-2煤層開采過程中頂板塑性區發育范圍較小。當2-2煤層推進至300m時，下煤層頂底板接底，在煤層開切眼和終采線附近塑性區較為發育。上覆巖層塑性區高度繼續增加，達到模型頂部，塑性區發育高度達到200m。
　　2)近距離厚煤層群開采應力分布規律
　　1-2煤層開采后，2-2煤層工作面位于1-2煤層采空區下，圍巖應力演化規律與1-2煤層開采時存在較大不同。下煤層開采

5、過程中，2-2煤層采場應力分布受到1-2煤層開采后采空區底板卸壓以及停采線附近應力集中的影響。
　　隨著2-2煤層工作面的推進，上覆巖層垮落并充填采空區，采空區中部逐漸壓實并形成新的重新壓力區，2-2煤層工作面前方形成新的支撐壓力區。
　　三、近距離煤層群開采立體相似材料模型模擬試驗研究
　　1)2-2煤層開采過程中，直接頂初次垮落步距小于1-2煤層開采。上煤層開采時直接頂初次垮落步距約為40m，而下煤層約為30m。<

6、br>　　2)由于此地質條件為淺埋藏近距離煤層，在重復采動影響下，覆巖裂隙延伸至模型頂部，采場覆巖只存在冒落帶和裂隙帶，不會形成彎曲下沉帶，并在模型頂部平面形成“橢圓形”裂隙區。裂隙區范圍內巖層出現臺階下沉，臺階高度在10cm-13cm間。從裂隙分布特征可以看出，裂隙區內表現出非對稱性，主要表現為采空區中部裂隙較為發育，裂隙密集且裂隙寬度較小，而對于四周的裂隙，裂隙寬度較大，裂隙分布稀疏。
　　3)在2-2煤層開采過程中，2-2煤