大倾角煤层开采覆岩结构特征分析.pdf

论文题目:大倾角煤层开采覆岩结构特征分析
专业:采矿工程
硕士生:王红伟(签名)
指导教师:伍永平(签名)
摘要
大倾角煤层是指埋藏倾角为 35°~55°的煤层。随着我国东部易采资源枯竭、开采重
点的西移,大倾角煤层开采问题已经成为西部地区区域经济发展、东部矿区保持高产高
效和可持续发展过程中亟待解决的问题。受煤层倾角、地质构造等多因素影响,大倾角
煤层开采覆岩结构是一个具有复杂性、动态性、非线性的空间问题。分析大倾角煤层开
采覆岩结构特征,对大倾角煤层开采理论的建立具有重大意义,对采场支护结构参数设
计、采场围岩矿山压力控制、安全开采等工程实践具有重要的参考价值。
本文以大倾角煤层采场大范围覆岩为研究对象,通过物理相似材料模拟、数值模拟
和理论分析相结合的综合研究方法,对大倾角煤层开采覆岩运移规律、力学特征及覆岩
结构进行了全面、系统研究,主要得出以下结论:
1. 大倾角煤层开采覆岩垮落形态沿工作面倾斜方向呈不对称拱形特征,各主要因素
对顶板最大断裂高度影响程度依次为:煤层倾角>顶板岩层强度>采煤高度,并获得顶板
断裂高度的预测公式: H=­­­ ,通过与实测数据进行了对
比,验证了预测公式的合理性。
2. 揭示了大倾角煤层开采覆岩运移在空间上的不对称性、时间上的不同步性,得出
覆岩应力非均匀分布规律,顶板应力释放区主要位于工作面中上部区域,底板应力分布
表现为沿工作面倾向自上而下逐渐减小,工作面上部支承压力较小,峰值点距工作面较
远,下部支承压力较大,峰值点距工作面较近。
3. 提出大倾角煤层开采覆岩宏观应力拱壳结构,该结构具有几何形态非对称性和应
力分布不规则性,构建出应力拱壳的分析模型,得出覆岩应力拱壳形态方程,对采场围
岩宏观应力拱壳和采动裂隙发育形态参数的影响因素进行系统分析,根据煤岩体的失稳
破坏形式,得出应力拱壳的四种失稳模式:压缩失稳模式、拉伸失稳模式、剪切失稳模
式和复合失稳模式,给出四种失稳模式的失稳判据。
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4. 结合新疆焦煤集团有限责任公司主焦煤矿井大倾角煤层开采 25112 工作面具体
情况,应用所构建的应力拱壳分析模型,给出该条件下应力拱壳形态方程,随着工作面
的推进,该应力拱壳首先从壳顶和壳肩处发生拉伸失稳,证明分析模型是可行的。

关键词:断裂高度;宏观应力拱壳;分析模型;形态方程;失稳模式
研究类型:应用基础研究
Subjiect : Analysis of Overburden Structure Feature in Steeply Dipping
Seam Mining
Specialty : Mining Engineering
Name : Wang Hongwei ( Signature )
Instructor : Wu Yongping ( Signature )
ABSTRACT
The steeply dipping seam is defined by the coal seam which pitch is between 35°~55°. As
the exhaustion of kind resources in the eastern and mining focus diverts to the western, the
steeply dipping seam mining has turned to be a problem that need to be solved in process of
the western regional economies development and the eastern highly efficient production and
sustainble development. For the multi-factor influence of coa