河里煤礦立槽煤層開采覆巖破壞及地表移動變形研究.pdf

1、隨著中國社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,對煤炭的需求呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。中國煤炭資源分布雖然較廣泛,但煤炭的賦存條件卻千差萬別,面對日益突顯的資源缺口,急傾斜煤層的開采逐漸引起人們的重視。通常,生產(chǎn)部門根據(jù)煤層的賦存條件及開采特點(diǎn),習(xí)慣上把傾角90°左右的急傾斜煤層稱為立槽煤。由于地質(zhì)構(gòu)造更為復(fù)雜,立槽煤層開采條件往往較困難,采動結(jié)束后的覆巖破壞形態(tài)及地表移動變形特征也與普通的急傾斜煤層有所不同。
　　河里煤礦位于廣西中部的合山市,礦區(qū)

2、內(nèi)煤層傾角多在75°～85°之間,屬于典型的立槽煤層。本文選取河里礦區(qū)作為研究區(qū),在詳細(xì)調(diào)查研究區(qū)地質(zhì)條件及采煤現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,合理概化相關(guān)地層巖性,構(gòu)建立槽煤三維數(shù)值計(jì)算模型,模擬并分析不同因素影響下的立槽煤層開采覆巖破壞及地表移動變形情況。此外,進(jìn)一步應(yīng)用概率積分法計(jì)算特定開采工況下的地表移動變形量,結(jié)合相應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證,并由此綜合確定研究區(qū)立槽煤層開采地表移動變形特征。
　　研究區(qū)立槽煤層開采經(jīng)三維數(shù)值模擬及概率積

3、分計(jì)算,得到以下主要結(jié)論:
　　(1)受支承壓力的影響,在工作面的邊界煤柱及上下方巖層形成兩個壓應(yīng)力集中區(qū);采空區(qū)上部覆巖因懸露而受拉應(yīng)力作用明顯,表現(xiàn)出在煤柱底部至煤柱下垂高20m的覆巖法向范圍內(nèi)形成一個拉應(yīng)力集中區(qū)。
　　(2)采空區(qū)頂部和中下部覆巖形成兩個剪切破壞區(qū),覆巖沿層面發(fā)生剪切滑移破壞,且破壞沿法線向上傳遞至地表進(jìn)而引起地面移動下沉;采空區(qū)上部覆巖形成以拉張破壞為主的拉剪混合破壞區(qū),覆巖所受拉應(yīng)力因超過巖石極限

4、強(qiáng)度,發(fā)生斷裂而冒落。
　　(3)覆巖變形呈拱狀,越靠近采空區(qū)變形越大,且沿層面法向逐步擴(kuò)展至地表。當(dāng)煤柱全回采時,覆巖因失去支承而發(fā)生大面積傾倒變形。覆巖最大變形位于采空區(qū)中下部。覆巖變形量在煤柱全回采時達(dá)到最大,覆巖最大變形量為697.7mm。
　　(4)工作面采動結(jié)束后,地表沉降呈現(xiàn)出一個不對稱的瓢形沉陷區(qū),下山方向地表沉降變化緩,影響范圍大,沉降邊界可達(dá)數(shù)百米遠(yuǎn);上山方向地表沉降變化陡,影響范圍較小,沉降邊界達(dá)到底板

5、一側(cè),沉陷區(qū)向采空區(qū)下山方向偏移。當(dāng)煤柱垂高較小或煤柱全回采時,地表沉降呈現(xiàn)出一個類似兜形的塌陷區(qū),塌陷范圍從底板一側(cè)的地表延伸至頂板一側(cè)約200m-250m的區(qū)域,塌陷形態(tài)陡而深,沉降變化急且沉降量大。地表沉降量在煤柱全回采時達(dá)到最大,地表最大沉降量為590.2mm。
　　(5)地表水平移動量和影響范圍在采空區(qū)下山方向大于上山方向,最大水平移動點(diǎn)位于采空區(qū)下山方向一側(cè)。地表水平移動量在煤柱全回采時達(dá)到最大,地表最大水平移動量為3