【摘要】：針對(duì)南梁煤礦2-2#煤層間隔式開采工藝、上下組煤層層間距、巖性、地貌特征等參數(shù)研究下組煤基本頂運(yùn)動(dòng)規(guī)律,綜合采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析等方法,對(duì)淺埋沖溝地貌間隔式煤柱下方集中應(yīng)力傳遞規(guī)律、間隔式煤柱及采空區(qū)下回采頂板運(yùn)動(dòng)、支架合理阻力,基本頂破斷方式及規(guī)律進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)性分析,主要研究成果如下:(1)依據(jù)南梁煤礦地貌特征將地表分為平緩地貌與沖溝地貌,分別分析兩種地貌下煤柱上覆載荷分布規(guī)律,通過數(shù)值模擬,現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及理論計(jì)算分析不同地貌條件下煤柱上覆法向載荷,其中沖溝地貌間隔式煤柱上覆線性載荷傾角與沖溝傾角一致,最終確定間隔式煤柱穩(wěn)定狀態(tài)為:間隔式煤柱整體穩(wěn)定,兩側(cè)分布凹型塑性區(qū),間隔式采空區(qū)穩(wěn)定狀態(tài)為:直接頂冒落,基本頂彎曲下沉,采空區(qū)未充實(shí),采空區(qū)中主要承載結(jié)構(gòu)為間隔式煤柱。(2)分別建立平緩、沖溝地貌數(shù)值模擬模型驗(yàn)證得出了煤柱下應(yīng)力集中傳播規(guī)律,結(jié)果表明2-2#煤間隔式煤柱垂直應(yīng)力最大影響深度大于層間距,即垂直應(yīng)力在下組煤老頂中出現(xiàn)應(yīng)力集中對(duì)3-1#煤層頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律存在影響,即煤柱附近頂板壓力大,來壓步距減小,由間隔式煤柱引起水平集中應(yīng)力對(duì)下組煤開采頂板運(yùn)動(dòng)無影響。(3)使用FLAC數(shù)值模擬軟件建立平緩、沖溝相結(jié)合模型,擬合監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直應(yīng)力數(shù)據(jù)得出3-1#煤層頂板載荷曲線;利用矩形彈性薄板模型邊界條件多樣性,分別選取四邊固支、三邊固支一邊簡支得到了沖溝及平緩地貌下3-1#煤層頂板初次來壓及周期來壓撓度、應(yīng)力分布規(guī)律。(4)基于能量釋放理論建立能量法板裂判斷準(zhǔn)則,將板內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律迭代到準(zhǔn)則內(nèi),解釋了采空區(qū)下頂板破裂演化規(guī)律。同時(shí)分析得出背、向沖溝方式及溝深為影響危險(xiǎn)區(qū)域擴(kuò)展重要因素。(5)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室正交配比方案實(shí)驗(yàn)及南梁煤礦巖層性質(zhì)鋪設(shè)相似模擬模型用以研究沖溝發(fā)育地貌淺埋間隔采空區(qū)下覆巖運(yùn)動(dòng)特征。根據(jù)相似模擬及數(shù)值模擬計(jì)算得出3-1#煤層的所需工作阻力分別為8605KN。以南梁礦20304工作面為研究對(duì)象,對(duì)比平緩地貌與沖溝地貌的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律得出沖溝地貌的周期來壓步距、支架最大工作阻力以及來壓動(dòng)載系數(shù)均要大于平緩地貌,以間隔式采空區(qū)下方30107工作面為例分析間隔式煤柱下綜采工作面礦壓規(guī)律得出間隔式煤柱下工作面周期來壓步距平均為11.43 m,其中間隔式煤柱下方周期來壓步距較間隔式采空區(qū)下方小。
[Abstract]:In view of the interval mining technology of 2-2# coal seam in Nanliang Coal Mine, the study of the basic roof movement law of the coal group under the parameters of the upper and lower coal layer spacing, lithology, geomorphology and other parameters, the field investigation, laboratory experiment, theoretical calculation and numerical simulation are adopted comprehensively. By means of field measurement and analysis, the law of stress transfer under the separated coal pillar, the roof movement under the separated coal pillar and the goaf, the reasonable resistance of the support, the basic breaking mode and the law are structured. The main research results are as follows: (1) according to the geomorphological characteristics of Nanliang Coal Mine, the surface is divided into gentle geomorphology and gully geomorphology. Field observation and theoretical analysis of the normal load on the coal pillar under different geomorphological conditions, in which the slope angle of linear load on the gouge geomorphologic spaced coal pillar is the same as the dip angle of the gully. Finally, it is determined that the stable state of the spaced coal pillar is as follows: the integral stability of the spaced coal pillar, the distribution of concave plastic zone on both sides, and the stable state of the spaced goaf are as follows: the direct roof caving, the basic top bending and sinking, the goaf being unenriched, The main bearing structure in goaf is spaced coal pillar. (2) numerical simulation model of flattening and flushing geomorphology is established to verify the stress concentration propagation under coal pillar. The results show that the maximum influence depth of vertical stress is greater than the interval between layers, that is, the concentration of vertical stress in the top of the lower coal group has an effect on the roof movement of the 3-1# coal seam, that is, the roof pressure near the coal pillar is large. The pressure step distance is reduced, and the horizontal concentration stress caused by the spacer coal pillar has no effect on the roof movement of the lower coal mining. (3) using FLAC numerical simulation software, the model of flattening and gully combination is established. By fitting the vertical stress data of the monitoring points, the roof load curve of 3-1# coal seam is obtained, and the rectangular elastic thin plate model is used to obtain the boundary conditions. The first and periodic deflection and stress distribution of the roof of 3-1# coal seam under gully and flat geomorphology are obtained. (4) based on the energy release theory, the criterion of plate crack is established. The stress distribution in the plate is iterated into the criterion, and the evolution law of roof fracture in goaf is explained. At the same time, the analysis shows that the back, The method and depth of gully are important factors influencing the extension of dangerous area. (5) combined with the experiment of orthogonal proportioning scheme in laboratory and the similar simulation model of strata property in Nanliang coal mine, the characteristics of overburden rock movement in shallow buried interval gob area developed in the gully are studied. According to the similarity simulation and numerical simulation, the required working resistance of 3-1# coal seam is 8605KN, respectively. The 20304 face of south Liangshan Mine is the object of study. Comparing the regularity of rock pressure behavior between flat geomorphology and gully geomorphology, it is concluded that the interval of periodic pressure step, the maximum working resistance of the support and the coefficient of dynamic loading of the support are all larger than those of the flat geomorphology. Taking the 30107 working face below the spaced goaf as an example, the law of mine pressure of the fully mechanized coal face under the spaced coal pillar is analyzed. The average interval of the interval coal pillar under the working face is 11.43 m, in which the interval coal pillar below the interval coal pillar is less than the interval under the periodic pressure step. The spacer goaf is small below the goaf.
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD325

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本文編號(hào)：2273339