论文极近距煤层下行开采覆岩结构与矿压显现规律，该文是有关结构论文如何写跟煤层和下行和近距相关毕业论文题目范文.
摘 要：采用钻孔窥视、数值模拟和现场监测等手段,对极近距煤层下行开采覆岩结构及矿压显现规律进行研究.结果表明：虽然开采上煤层底板破坏深度远大于层间岩层厚度,但是开采间隔时间使其压力愈合,恢复完整结构；上煤层开采会使应力向采空区四周转移,在其下部形成卸压区,对下煤层开采起保护层作用；下煤层开采过程中,液压支架工作阻力无剧烈变化,可认为无周期来压.
关键词：极近距煤层；覆岩结构；矿山压力；工作阻力；数值模拟
中图分类号：TD3 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.08.064
随着煤炭资源的减少,各种复杂条件下的煤炭资源逐渐受到重视[1],极近距煤层属于其中典型的一种.王孝义等[2]认为开采极近距煤层时,层间距越大,液压支架受力越小.柏桦林[3]通过实验室实验和现场监测等方法,认为开采极近距上煤层会使底板原生裂隙张裂,并对层间岩层结构进行分类.姜鹏飞等[4]采用数值模拟手段进行分析,得出上层煤煤柱会对底板应力分布产生显著影响,并给出其规律.孟龙等[5]通过现场实测,认为受上煤层开采影响,下煤层开采过程中来压强度减小,但持续时间增长.马瑞[6]采用相似模拟与数值模拟手段对浅埋近距煤层进行研究,得出其离层与裂隙扩展规律.金志远等[7]通过流固耦合相似模拟,得到上煤层的采动导水裂隙会在下煤层开采时二次发育的模拟结果.笔者采用钻孔窥视、FLAC3D数值模拟和现场监测等手段,对极近距煤层采场覆岩结构及矿压显现规律进行研究,得出了上下煤层开采前后的围岩塑性区分布、应力演化及液压支架工作阻力变化规律.
1 极近距煤层下行开采的工程背景
大同某煤矿4号煤层平均厚度为2 m,已采空；现开采的5号煤层上距4号煤层0.6~1.5 m,平均距离为1.1 m,平均厚度为4.5 m.现开采50202工作面位于井田西北部,埋深为213~276 m,地层倾角为3°~6°,采用放顶煤工艺,采2.8 m,放1.7 m,循环进尺0.6 m,日循环4次,采用ZF5200/18/32型液压支架支护顶板.为了评价液压支架适用性,现采用钻孔窥视、数值模拟及现场监测等手段,对该工作面的覆岩结构及矿压显现规律进行 研究.
2 钻孔窥视展开分析
在该工作面轨道顺槽内距端头50 m处,间隔50 m向顶板共打3孔进行钻孔窥视,并展开分析,其典型结构见图1.
由图1可知,5号煤层顶煤及层间岩层较为完整,无明显裂隙,而进入采空区后（＞1.8 m）,可看到4号煤层垮落的顶板尚未压实胶结.这表明虽然4号煤层底板采动破坏深度（按照文献[1]中的公式计算所得）远大于层间岩层厚度,但是层间岩层采动裂隙已在两层煤层开采间隔时间内压力愈合,恢复完整结构,这有利于顺槽支护以及防治端面冒顶；而4号煤层顶板垮落后形成的碎石尚未压实胶结,将以散体形式作用在5号煤层顶板上.
3 极近距煤层下行开采的数值模拟
1）模型建立.采用FLAC3D建立220 m ×
1.5 m × 84.3 m（长 × 宽 × 高）的数值模型,其宽度与液压支架的中心距对应.围岩采用莫尔-库伦模型计算,液压支架采用线弹性模型计算,取重力加速度g 等于 9.81 m/s2.模型底部固支,侧面限制法向位移,上部施加应力代替模型上部覆岩层载荷.利用Extrusion模块生成液压支架,并将其网格文件导入围岩模型开切眼内.表1为岩石物理力学试验结果,模型参数取自表1.
2）开采4号煤层分析.为得出5号煤层开采前覆岩的初始应力状态及塑性区分布,首先对4号煤层进行开采分析.利用Fish语言回填软弱单元以模拟采空区垮落碎石对顶板的支撑作用,并控制循环推进110 m,得到的围岩塑性区见图2,围岩应力状态见图3.
由图2和图3可知,4号煤层开采导致其顶底板发生破坏,垮落带高度约为17 m,底板破坏深度约为6 m,且围岩破坏范围由开切眼开始,先增大,后接近稳定；4号煤层开采导致采空区应力不断向其两侧转移,在中部形成卸压区,使得5号煤层采场位于大结构保护下的应力降低区内,作用类似于开采保护层.
3）开采5号煤层分析.由钻孔窥视结果可知,5号煤层顶煤及层间岩层采动裂隙已在开采间隔时间内压力愈合,恢复完整结构,因此采用Fish语言将其塑性状态归零,即回归未破坏状态.利用Fish语言割煤、移架,放煤并回填碎石,对5号煤层进行开采.液压支架受力最大时,围岩应力状态见图4,液压支架受力状态见图5.
由图4和图5可知,开采5号煤层过程中,受工作面小结构的影响,支承压力在煤壁前方形成应力升高区,但应力集中程度较低,应力集中系数仅为1.2左右；液压支架工作阻力较为稳定,无明显来压现象,四柱最大平均应力约为27 MPa,对应工作阻力约为4 312 kN,低于额定工作阻力5 200 kN.这表明4号煤层开采使5号煤层卸压,进而使液压支架受力较小且无周期来压现象,有利于其开采.
4 极近距煤层下行开采的现场监测
在工作面上、中、下分别布置3条测线,对其液压支架立柱油压进行监测,并对其分析.受力最大的中部测线工作阻力监测结果见第66页图6.
由图6可知,开采5号煤层过程中,液压支架受力普遍较小,且可认为无周期来压；ZF5200/18/32型液压支架工作阻力富余量较大,安全性较好.
5 结论
1）虽然极近距上煤层开采引起的底板破坏深度远大于层间岩层厚度,但是上下煤层开采间隔时间足以使其压力愈合,恢复完整结构.
2）极近距上煤层可使下煤层处于大结构保护下的卸压区之中,使其矿压显现减弱,液压支架受力减小,并可认为无周期来压.
3）大同某煤矿现开采50202工作面使用的ZF5200/18/32型液压支架工作阻力富余量较大,安全性较好.
参考文献：
[1] 何尚森.近距离煤层开采覆岩运动规律及控制研究[D].北
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[2] 王孝义,宋选民,陈春慧.极近距煤层矿压显现强度的间距
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[3] 柏桦林.近距离煤层群下位工作面覆岩运动特征及矿压
显现规律研究[D].徐州:中国矿业大学,2017.
[4] 姜鹏飞,康红普,张剑,等.近距煤层群开采在不同宽度煤
柱中的传力机制[J].采矿与安全工程学报,2011,28(3):
345-349.
[5] 孟龙,高召宁.近距煤层综采工作面矿压显现规律[J].煤矿
安全,2014,45(8):64-67.
[6] 马瑞.浅埋近距煤层采空区稳定性预测研究[D].西安:西
安科技大学,2013.
[7] 金志远,赵小英,马立强,等.浅埋近距煤层覆岩导水裂隙
发育规律固液耦合试验研究[J].煤矿安全,2016,47(9):
32-34.
（责任编辑 邸开宇）
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参考文献：
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