【摘要】：為進(jìn)一步開發(fā)煤炭資源而采用多煤層開采的方式,隨著累計(jì)采厚的增大,多煤層開采過程中主關(guān)鍵層經(jīng)歷多次采動影響,主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的破壞將引起采場上覆巖層整體的變形破壞,同時(shí)決定上位巖層整體的結(jié)構(gòu)形態(tài)。因此本文從多煤層開采過程中主關(guān)鍵層的受力變形出發(fā),采用理論分析、數(shù)值模擬和相似材料模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的研究方法,以烏蘇海則井田2、3號煤層相距46.9m且覆巖中含有主關(guān)鍵層為工程背景,利用光纖傳感技術(shù)對多煤層開過程中覆巖結(jié)構(gòu)演化特征進(jìn)行研究。計(jì)算并判別出上覆巖層中主關(guān)鍵層的位置,通過分析2、3號煤層頂?shù)装鍘r性計(jì)算得出兩層煤開采后導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的最大高度,并建立了兩層煤開采覆巖結(jié)構(gòu)演化模型。采用FLAC3D軟件對2、3號煤層開采過程中覆巖應(yīng)力狀態(tài)及塑性區(qū)的分布特征進(jìn)行模擬。將FBG和PPP-BOTDA光纖傳感技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用于相似材料模型實(shí)驗(yàn)中,模型實(shí)驗(yàn)中首次采用溫度補(bǔ)償方法對FBG和BOTDA測試系統(tǒng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償,合理解決了溫度變化對實(shí)驗(yàn)測試精度的影響;采用鐵砂加載方式代替鐵磚加載,有效控制了加載的準(zhǔn)確性及連續(xù)性;此外,采用加熱法對模型內(nèi)部的光纖進(jìn)行了定位,保證了光纖測試的有效性。在2m模型內(nèi)埋設(shè)4根傳感光纖和2個(gè)光纖光柵應(yīng)變傳感器,對多煤層開采主關(guān)鍵層由彎曲下沉發(fā)育至斷裂過程中的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行感測。研究表明,2號煤層開采后主關(guān)鍵層及上位巖層處于彎曲下沉帶中,連續(xù)變形未破斷的主關(guān)鍵層阻礙裂隙向上位巖層發(fā)展;3號煤層開采后主關(guān)鍵層破斷導(dǎo)致上覆巖層整體處于斷裂帶中,裂隙向上位巖層蔓延,導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至洛河組含水層。模型實(shí)驗(yàn)中需要采用溫度補(bǔ)償方法對FBG光柵和BOTDA光纖測試結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償,鐵砂加載方式相對鐵磚加載更具有準(zhǔn)確性,PPP-BOTDA分布式光纖感測技術(shù)能很好的監(jiān)測巖層整體的運(yùn)動規(guī)律和發(fā)展趨勢,FBG傳感器可以監(jiān)測巖層關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)動情況,實(shí)現(xiàn)了對覆巖主關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)演化過程中整體及局部的實(shí)時(shí)監(jiān)測,為烏蘇海則井田安全生產(chǎn)提供依據(jù)。
[Abstract]:In order to further develop the coal resources, the method of multi-seam mining is adopted. With the increase of cumulative mining thickness, the main key strata in the process of multi-seam mining experience multiple mining effects. The failure of the main key layer structure will cause the deformation and failure of the overlying strata in the stope, and determine the structural form of the upper strata as a whole. Therefore, starting from the stress and deformation of the main key layer in the process of multi-seam mining, this paper adopts the research method of combining theoretical analysis, numerical simulation and similar material model experiment. Based on the engineering background of coal seam No. 2 and No. 3 in Wusuhaizi mine field with 46.9 m distance and the main key layer in overburden rock as engineering background, the evolution characteristics of overburden structure in the process of multi-seam opening are studied by using optical fiber sensing technology. The position of the main key strata in the overlying strata is calculated and distinguished. By analyzing the lithology of the roof and floor of coal seam 2 and 3, the maximum height of the fracture zone developed after the mining of the two layers of coal is obtained, and the evolution model of the overburden structure of the coal mining in the two layers is established. The stress state of overburden and the distribution characteristics of plastic zone in coal seam No. 2 and No. 3 are simulated by FLAC3D software. The FBG and PPP-BOTDA optical fiber sensing technology are combined in the model experiment of similar materials. In the model experiment, the temperature compensation method is used for the first time to compensate the temperature of the FBG and BOTDA test system, which reasonably solves the influence of the temperature change on the precision of the experiment. The accuracy and continuity of the loading are effectively controlled by replacing the iron brick loading with the iron sand loading method, in addition, the optical fiber inside the model is located by the heating method, which ensures the validity of the optical fiber testing. Four sensing fibers and two fiber Bragg grating strain sensors were embedded in 2m model to detect the stress and strain of the main critical layer in multi-seam mining from bending subsidence to fracture. The results show that the main key strata and upper strata are in the bending subsidence zone after coal seam No. 2 mining. The main key layer without continuous deformation hinders the development of fracture upward rock layer, and the main key stratum after coal seam No. 3 mining results in the whole overlying rock layer in the fault zone, the fissure spreading upward, and the water-conducting fracture zone developing to the Luohe formation aquifer. In the model experiment, the temperature compensation method is used to compensate the test results of FBG grating and BOTDA fiber. Compared with iron brick loading, iron sand loading mode is more accurate. PPP-BOTDA distributed optical fiber sensing technology can monitor the movement law and development trend of strata as a whole. FBG sensor can monitor the movement of key points of rock strata. The real-time monitoring of the whole and part of the structure evolution of the main key strata in the overburden is realized, which provides the basis for the safe production of the Wusu Haize mine field.
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD326

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本文編號：2236735