浅埋薄基岩巨厚土层下放顶煤开采覆岩运移规律研究

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浅埋煤层放顶煤开采技术由于缺乏理论和实践的支持,在陕北罕见采用。陕北榆林榆阳地区的麻黄梁煤矿首次采用放顶煤开采技术,对薄基岩(25~30m)、巨厚土层(140m)地质条件下9m厚的浅埋煤层进行放顶煤开采实践。同时,针对麻黄梁煤矿薄基岩上方巨厚土层具有粘结性强,不遇水“坚硬”的特点,开采后,厚粘土层的运动方式可能会对放顶煤开采造成极大的影响甚至起到决定性的作用。由此,论文采用理论分析、相似材料模拟、数值模拟和现场观测相结合的研究方法,对麻黄梁煤矿上覆岩层的运移破断规律及放顶煤工作面矿压显现规律展开研究,得出以下结论:(1)“三带”分布规律:综放开采过程中,上覆岩层表现出明显的“两带”分布规律,即冒落带和裂隙带,冒落带高度26m,裂隙带高度170m,一直贯通至地表。(2)基岩运移破断规律:开采过程中,薄基岩层无法形成结构,在上覆厚土层载荷作用下,薄基岩层很容易破断失稳,破断岩块重量大部分直接作用在支架上,直接顶初次垮落步距38~40m,基本顶初次垮落步距54~60m,周期垮落步距16~22m。(3)厚土层运移破断规律:开采过程中,厚土层离层破断之后,破断土层往往能与前后端母体土层相互交接粘结形成“拱”结构,随着工作面的推进,拱结构经历失稳一平衡一再失稳的周期性变化。同时,当裂隙发育至地表以后,煤壁前方20~25m处容易出现超前大裂缝,随着工作面的推进,超前大裂缝不断发育,当工作面推进至距离裂缝4~5m处,易发生剧烈的矿压显现。分析超前大裂缝的出现和快速发育是导致工作面矿压显现剧烈、支架频繁压死的主要因素。(4)地表沉降规律:地表最大下沉量6~7m,岩层垮落角70°~77°,工作面上方沿倾向方向间隔15~30m出现很多拉伸大裂缝,最大裂缝宽度达0.8m。
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