【摘要】：大傾角變角度工作面頂板破壞與運移規(guī)律特殊,變角段“支架—圍巖”系統(tǒng)穩(wěn)定性控制難度大。本文以棗泉煤礦大傾角變角度120210綜放工作面為研究背景,通過現(xiàn)場觀測、物理相似材料模擬實驗和數(shù)值計算實驗相結(jié)合的手段,運用已有的大傾角煤層開采理論,系統(tǒng)研究了大傾角變角度工作面特別是變角段處的覆巖運移規(guī)律,研究表明:大傾角變角度煤層覆巖垮落具有明顯的時序性和不均勻性,以變角段為界工作面頂板的應(yīng)力場分布、破壞場分布、采空區(qū)充填特征以及支架工作阻力分布均出現(xiàn)了不同于單一傾角煤層的規(guī)律與特點。變角段應(yīng)力集中,變形程度高,采空區(qū)充填程度低、支架與頂板約束作用差,是工作面覆巖運移特征的關(guān)鍵影響因素;大傾角變角度工作面頂板應(yīng)力呈“駝峰”狀非對稱分布形態(tài)。上下區(qū)段的應(yīng)力場在變角段出現(xiàn)疊加,造成變角段附近頂板應(yīng)力集中,變形破壞程度高,拉伸破壞范圍增大。上區(qū)段及下區(qū)段的頂板最大垂直應(yīng)力隨著變角度的增大而降低,但峰值位置不斷向變角度處移近,加劇了整個工作面頂板應(yīng)力分布的非對稱性;上區(qū)段煤層傾角較小,垮落矸石沿傾斜方向的滑移充填作用不充分,下區(qū)段上部和變角段頂板破碎程度高,垮落充分,垮落矸石在重力作用下向下區(qū)段發(fā)生滑移,呈現(xiàn)下區(qū)段充填壓實、變角段部分充填、上區(qū)段完全充填的特征。同時上區(qū)段垮落矸石不能有效對變角段采空區(qū)進(jìn)行補充,該處垮落矸石對頂板的約束作用最弱,上覆巖層運動程度加劇,失穩(wěn)形式復(fù)雜化。棗泉煤礦120210工作面支架受載及穩(wěn)定性特征驗證了大傾角變角度工作面的覆巖運移破壞特征,基于這一特征并結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際,棗泉煤礦大傾角變角度工作面依據(jù)“上區(qū)段為高效生產(chǎn)的主體,下區(qū)段是實現(xiàn)安全的基礎(chǔ),變角段是上下區(qū)段轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵”的原則進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)管理,可獲得良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。
[Abstract]:The rule of roof failure and movement is special in large angle and variable angle working face, so it is difficult to control the stability of "support-surrounding rock" system in variable angle section. In this paper, based on the research background of 120210 fully mechanized caving face with large dip angle and variable angle in Zaoquan Coal Mine, by means of field observation, physical similar material simulation experiment and numerical calculation experiment, the existing mining theory of large dip angle coal seam is used. In this paper, the overlying rock migration law of large dip angle variable angle working face, especially at variable angle section, is systematically studied. The study shows that the overburden rock collapse of large dip angle variable angle coal seam has obvious time series and inhomogeneity. The distribution of stress field, failure field, filling characteristics of goaf and working resistance distribution of support are different from that of single dip coal seam. Stress concentration, high degree of deformation, low degree of filling in goaf and poor constraint between support and roof are the key factors affecting the characteristics of overlying rock movement in the working face. The roof stress of the working face with large dip angle varied in the form of "hump" asymmetrical distribution. The stress field of the upper and lower section is superposed in the variable angle section, which results in the stress concentration of roof near the variable angle section, the high degree of deformation and failure, and the extension of tensile failure range. The maximum vertical stress of roof in the upper and lower sections decreases with the increasing of the angle, but the peak position moves closer to the variable angle, which intensifies the asymmetry of the distribution of the roof stress in the whole working face, and the inclined angle of the coal seam in the upper section is small. The slippage and filling of the caving gangue along the inclined direction is not sufficient, the upper part of the lower section and the variable angle section have a high degree of breaking and falling, and the caving gangue slips down the section under the action of gravity, which shows that the next section is filled with compaction. The characteristic of partial filling in the variable angle segment and complete filling in the upper section. At the same time, the caving gangue in the upper section can not effectively supplement the goaf of the variable angle section, where the caving gangue has the weakest constraint on the roof, the movement degree of the overlying rock is intensified, and the form of instability is complicated. The characteristics of bearing load and stability of 120210 working face in Zaoquan Coal Mine verify the characteristics of overburden movement and failure in the face with large dip angle and variable angle. Based on this characteristic and combined with the field production practice, According to the principle that "the upper section is the main body of high efficiency production, the lower section is the basis for realizing safety, and the variable angle section is the key to the conversion of the upper and lower sections", the production technology management is carried out. Good economic and social benefits can be obtained.
【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】：2015
【分類號】：TD325

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本文編號：2250572