【摘 要】
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我国对于煤炭的使用量仍旧处于一个高水平的需求量,目前对于煤炭开采过程中的发展规律有了宏观性的研究,但煤炭开采过程中上覆岩层的变形运移受地质条件和开采条件多方面因素的影响,从而在预测采场覆岩的变形破坏值会有一定的偏差。因此,深入研究采场地质体变形影响因素,建立多因素与覆岩破坏程度之间的关系,对于控制地表沉陷和确保井下的安全开采具有重要的理论和实际意义。本次研究对象为山西华宁公司矿区,该矿区在开采过程
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我国对于煤炭的使用量仍旧处于一个高水平的需求量,目前对于煤炭开采过程中的发展规律有了宏观性的研究,但煤炭开采过程中上覆岩层的变形运移受地质条件和开采条件多方面因素的影响,从而在预测采场覆岩的变形破坏值会有一定的偏差。因此,深入研究采场地质体变形影响因素,建立多因素与覆岩破坏程度之间的关系,对于控制地表沉陷和确保井下的安全开采具有重要的理论和实际意义。本次研究对象为山西华宁公司矿区,该矿区在开采过程中由于地质构造的存在,工作面的长度经历了由小到大的变化过程,矿井地处山区,地表起伏度不一,煤层的开采厚度也有差异,在附近的矿井及老采空区还存在老空区积水等问题。因此,研究地下开采对覆岩造成的破坏情况,确定导水裂隙带的发育高度,保证矿井不沟通地表第四系潜水以及老空区积水等问题对于矿井的安全生产具有重要意义。本文采用理论分析、统计分析、数值模拟分析和实测手段,以山西华宁矿井为基础研究模型,对多因素不同组合影响下采场覆岩移动变形情况进行了研究,主要研究成果如下:(1)对采空区覆岩运移规律进行力学分析,总结采空区覆岩随开采工作面不断推进过程中的破坏模式。搜集了56组矿井采煤工作面实际的工作面参数和矿井开采条件下的导水裂隙带发育高度值,初步分析各影响因素对导水裂隙带发育高度的影响趋势,并在阅读文献的基础上,对各影响因素进行总结。(2)根据矿井开采情况,在研究区布置钻孔,明确矿井的工程及水文地质条件,并取样进行岩石力学参数测定,确定煤层顶板岩层物理力学性质。利用测井、井下电视、超声成像等的实测手段,对各个钻孔下导水裂隙带的发育高度进行了实测。(3)在华宁矿区的地质条件背景下,利用FLAC3D软件,模拟了矿区可能存在的工作面开采条件下的煤炭开采模型,数值模拟过程中的变量为工作面长度、煤层采厚及煤层倾角,根据三因素不同组合16种开采模型的模拟结果,研究工作面在充分开采后顶板应力、位移及塑性区的变化情况,并对各因素的影响程度大小进行排序。(4)根据数值模拟结果,确定导水裂隙带的发育高度,判断地下开采对于地表的影响情况,找出顶板最大位移量和地表最大下沉值与采煤工作面开采条件的关系,确定地表的位移情况和地表最大下沉值点位置。(5)通过多元线性回归分析,建立了华宁矿区导水裂隙带高度计算公式,利用此计算式对22107工作面导水裂隙带高度进行预测,将预测结果与实测结果进行比较。在多组矿井实测数据的基础上,对导水裂隙带计算公式和经验公式进行准确性对比分析。
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