论文部分内容阅读
随着中国社会经济的持续快速发展,对煤炭的需求呈现出供不应求的局面。中国煤炭资源分布虽然较广泛,但煤炭的赋存条件却千差万别,面对日益突显的资源缺口,急倾斜煤层的开采逐渐引起人们的重视。通常,生产部门根据煤层的赋存条件及开采特点,习惯上把倾角90°左右的急倾斜煤层称为立槽煤。由于地质构造更为复杂,立槽煤层开采条件往往较困难,采动结束后的覆岩破坏形态及地表移动变形特征也与普通的急倾斜煤层有所不同。 河里煤矿位于广西中部的合山市,矿区内煤层倾角多在75°~85°之间,属于典型的立槽煤层。本文选取河里矿区作为研究区,在详细调查研究区地质条件及采煤现状的基础上,合理概化相关地层岩性,构建立槽煤三维数值计算模型,模拟并分析不同因素影响下的立槽煤层开采覆岩破坏及地表移动变形情况。此外,进一步应用概率积分法计算特定开采工况下的地表移动变形量,结合相应数值模拟结果进行对比验证,并由此综合确定研究区立槽煤层开采地表移动变形特征。 研究区立槽煤层开采经三维数值模拟及概率积分计算,得到以下主要结论: (1)受支承压力的影响,在工作面的边界煤柱及上下方岩层形成两个压应力集中区;采空区上部覆岩因悬露而受拉应力作用明显,表现出在煤柱底部至煤柱下垂高20m的覆岩法向范围内形成一个拉应力集中区。 (2)采空区顶部和中下部覆岩形成两个剪切破坏区,覆岩沿层面发生剪切滑移破坏,且破坏沿法线向上传递至地表进而引起地面移动下沉;采空区上部覆岩形成以拉张破坏为主的拉剪混合破坏区,覆岩所受拉应力因超过岩石极限强度,发生断裂而冒落。 (3)覆岩变形呈拱状,越靠近采空区变形越大,且沿层面法向逐步扩展至地表。当煤柱全回采时,覆岩因失去支承而发生大面积倾倒变形。覆岩最大变形位于采空区中下部。覆岩变形量在煤柱全回采时达到最大,覆岩最大变形量为697.7mm。 (4)工作面采动结束后,地表沉降呈现出一个不对称的瓢形沉陷区,下山方向地表沉降变化缓,影响范围大,沉降边界可达数百米远;上山方向地表沉降变化陡,影响范围较小,沉降边界达到底板一侧,沉陷区向采空区下山方向偏移。当煤柱垂高较小或煤柱全回采时,地表沉降呈现出一个类似兜形的塌陷区,塌陷范围从底板一侧的地表延伸至顶板一侧约200m-250m的区域,塌陷形态陡而深,沉降变化急且沉降量大。地表沉降量在煤柱全回采时达到最大,地表最大沉降量为590.2mm。 (5)地表水平移动量和影响范围在采空区下山方向大于上山方向,最大水平移动点位于采空区下山方向一侧。地表水平移动量在煤柱全回采时达到最大,地表最大水平移动量为376.3mm。 (6)特定开采工况下,应用概率积分法计算的地表移动变形量与相应的数值模拟结果较接近,表明在缺乏地表沉降实测资料的情况下,可运用这两种计算方法相互对比验证,其综合结果能够基本反映研究区立槽煤层开采地表移动变形特征,与实际情况应相符。