伊泰礦區(qū)淺埋煤層長(zhǎng)壁開采覆巖運(yùn)動(dòng)與破壞規(guī)律研究.pdf

1、伊泰礦區(qū)開采的煤層賦存穩(wěn)定，煤層傾角近乎水平，瓦斯含量極低，開采條件優(yōu)越，但與我國(guó)其他礦區(qū)相比，煤層具有埋藏淺、基巖薄、上覆松散沖積層厚等特點(diǎn)。這類煤層在長(zhǎng)壁開采過程中，常常會(huì)發(fā)生地表臺(tái)階式下沉、回采工作面頂板沿煤壁切落等現(xiàn)象，導(dǎo)致工作面支架壓垮，且常伴隨著潰砂、潰水災(zāi)害的發(fā)生，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大的影響，經(jīng)濟(jì)損失巨大。正是由于淺埋、薄基巖、厚松散層的煤層賦存條件，導(dǎo)致了回采工作面頂板巖層的運(yùn)動(dòng)、破斷規(guī)律具有特殊性，使常規(guī)長(zhǎng)壁開采理論

2、無法很好地解釋這種特殊礦壓顯現(xiàn)及其產(chǎn)生的機(jī)理。為掌握這類煤層長(zhǎng)壁開采條件下的頂板運(yùn)動(dòng)及破壞規(guī)律，指導(dǎo)淺埋煤層礦井的安全生產(chǎn)，對(duì)淺埋煤層頂板及上覆巖層的運(yùn)動(dòng)及破壞規(guī)律開展研究具有重要的意義。
　　論文針對(duì)伊泰礦區(qū)淺埋煤層開采的實(shí)際情況，基于礦山壓力控制理論、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性理論，采用實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬、理論分析及現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)等綜合研究手段，系統(tǒng)研究了淺埋煤層長(zhǎng)壁開采條件下采動(dòng)應(yīng)力與變形（位移）規(guī)律、頂板巖層破斷特征與運(yùn)動(dòng)規(guī)律、

3、上覆巖層結(jié)構(gòu)失穩(wěn)特征及移動(dòng)規(guī)律。
　　論文的研究?jī)?nèi)容、結(jié)論及創(chuàng)新性成果主要包括:
　　(1)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)研究了伊泰礦區(qū)典型淺埋煤層長(zhǎng)壁開采工作面礦壓顯現(xiàn)特征，分析了采高、工作面長(zhǎng)度、工作面推進(jìn)速度對(duì)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的影響，掌握了淺埋長(zhǎng)壁工作面頂板來壓存在大小周期的內(nèi)在機(jī)理。
　　(2)通過伊泰礦區(qū)淺埋煤層長(zhǎng)壁工作面圍巖應(yīng)力與變形（位移）規(guī)律的研究，掌握了該條件下圍巖應(yīng)力場(chǎng)分布特征，系統(tǒng)性地研究了淺埋煤層長(zhǎng)壁開采圍巖空間應(yīng)力結(jié)構(gòu)

4、—承壓拱結(jié)構(gòu)，掌握了該條件下基巖層全部破斷前后承壓拱結(jié)構(gòu)的不同發(fā)展過程及承載特性。
　　(3)分析探討了淺埋長(zhǎng)壁工作面覆巖運(yùn)動(dòng)特征，掌握了該條件下影響工作面礦壓顯現(xiàn)的覆巖破斷過程，即直接頂破斷、基本頂初次破斷、基本頂周期破斷、裂隙帶初次導(dǎo)通地表、裂隙帶周期性導(dǎo)通地表;上覆軟弱巖層附著在下部堅(jiān)硬巖層上，伴隨著堅(jiān)硬巖層的斷裂發(fā)生同步破斷、下沉，巖層破斷具有同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。
　　(4)研究了淺埋長(zhǎng)壁工作面頂板斷裂巖塊鉸接結(jié)構(gòu)與

5、應(yīng)力承壓拱結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，分析了該條件下巖塊鉸接結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)形式及工作面支架的主要力源，掌握了淺埋煤層長(zhǎng)壁開采工作面切頂壓架事故發(fā)生的內(nèi)在機(jī)理。
　　(5)綜合考慮地質(zhì)條件及人為可控因素對(duì)承壓拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，針對(duì)承壓拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與基巖層是否發(fā)生全部破斷緊密相關(guān)的特性，建立了淺埋煤層長(zhǎng)壁開采組合板力學(xué)結(jié)構(gòu)模型?；诮M合板力學(xué)模型，提出了利用組合板最大彎曲正應(yīng)力與巖層的單向抗拉強(qiáng)度之間關(guān)系對(duì)承壓拱承載能力進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)提出了

6、一種判定某一煤層在特定開采條件下是否屬于淺埋煤層開采的判斷方法。
　　(6)利用ARAMISM/E微震系統(tǒng)對(duì)伊泰礦區(qū)大地精煤礦3301綜采工作面覆巖空間破壞規(guī)律進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研究了典型淺埋煤層長(zhǎng)壁開采條件下微震事件在空間分布、發(fā)生時(shí)間、能量釋放、發(fā)生頻次的特征，掌握了該條件下覆巖空間破壞特征;并以此為基礎(chǔ)探索了基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的淺埋深長(zhǎng)壁開采條件下頂板破壞與頂板來壓的預(yù)報(bào)方法。
　　(7)論文利用典型淺埋煤層長(zhǎng)壁開采工作面現(xiàn)