近距离浅埋煤层大采高工作面覆岩运动规律研究

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浅埋煤层开采覆岩运动规律的研究是近年采矿业亟需发展和突破的重要课题,随着我国东部地区煤炭资源的枯竭,煤炭行业重心加速向西部转移,内蒙、陕西和新疆等地浅埋煤层的开采特别需要成熟的技术理论体系进行指导,尤其是浅埋大厚度煤层的回采致使地表发生台阶型下沉破坏,地下水系平衡被打破,地表植被破坏严重。地面积水和地下水有可能随采动产生的地表裂隙渗入采场,造成淹井或其他重大事故。  本文以内蒙古双欣矿业有限公司杨家村煤矿为研究背景,该矿井现阶段主采2-2上煤层和4-1煤层,2-2上煤层厚平均5.88m,距地表115m,4-1煤平均厚度为5.26m,两层煤间距为47m。本文通过理论分析、数值模拟实验和相似材料模拟实验,结合矿井现开采煤层监测数据,分析近距离浅埋煤层大采高工作面开采覆岩运动机理和近地表岩层破坏特征。首先从理论方面利用矿井岩层各岩性的岩石力学参数推导出覆岩结构特征和煤层顶板发生周期来压步距。其次采用FLAC3D数值模拟软件进行模拟实验,得出:(1)2-2上煤层采出后,顶板垮落高度13m,垮落角为75°,地表下沉最大值为4.5m,其覆岩破坏只存在“上三带”中的“冒落带”和“裂隙带”两种类型;(2)4-1煤的回采后,地表下沉范围向四周扩大30m以上,地表最大下沉值达到9.5m,老顶内厚度达10m的细粒砂岩层起到了亚关键层的作用。然后采用相似材料模拟物理实验对近距离浅埋煤层的大采高工作面覆岩运动规律再次进行研究,验证了数值模拟得出的覆岩破坏形式和只存在冒落带和裂隙带的结论,并揭露了近地表岩层贯通裂隙广泛发育,地表产生台阶型下沉。
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