【摘 要】
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由于长期的开采,我国煤炭资源的开发已经步入深部开采阶段。随着开采强度及开采面积的不断增加,解放“三下”压煤量逐渐成为中东部矿区开采的难题。如何在保障地表附属物安全,有效控制地表沉陷及实现煤矿可持续发展的前提下进行工作面安全、绿色开采,是我国煤矿亟需解决的重要问题。深部矿区地质条件复杂,覆岩组成与结构不同,“三下”开采尤其是水体下开采引起的地表沉降、覆岩裂隙发育与应力演化等规律及相互影响关系不清,对
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由于长期的开采,我国煤炭资源的开发已经步入深部开采阶段。随着开采强度及开采面积的不断增加,解放“三下”压煤量逐渐成为中东部矿区开采的难题。如何在保障地表附属物安全,有效控制地表沉陷及实现煤矿可持续发展的前提下进行工作面安全、绿色开采,是我国煤矿亟需解决的重要问题。深部矿区地质条件复杂,覆岩组成与结构不同,“三下”开采尤其是水体下开采引起的地表沉降、覆岩裂隙发育与应力演化等规律及相互影响关系不清,对裂隙-应力-变形之间的协同作用研究不够。本文以九龙矿为背景,分析裂隙-应力的分布演化特征,建立裂隙-应力之间的量化关系,分析深部开采覆岩裂隙-应力演化规律及硬岩变形和地表沉降规律,提出深部覆岩裂隙-应力-变形多关键层-硬岩区位协同作用模型,主要成果如下:（1）分析裂隙场和采动应力的分布演化特征,建立应力拱模型,揭示采动应力与裂隙场之间的量化关系,得到应力拱的形态方程。通过计算各岩层荷载和破断距,判断得到煤层上方存在9层硬岩,2层亚关键层,1层主关键层。（2）采用微震监测技术,对深部开采裂隙带形成和发展的全过程进行研究,得到了微震事件分布特征及演化规律,并结合钻孔漏失液现场测试法,综合得到15249S工作面覆岩裂隙发育高度为130m。（3）通过数值模拟软件UDEC,研究获得了深部开采裂隙场演化规律及覆岩运移规律。裂隙场呈梯形跃进式增长,梯形面积影响应力拱高度,将影响梯形面积的各参量数值代入二维应力拱模型,得到15249S工作面覆岩二维应力拱形态方程。（4）通过数值模拟软件FLAC3D,研究获得了深部开采覆岩应力演化规律。不同推进距离下采场支承压力、覆岩应力、围岩塑性区的演化规律和形态不同,塑性区体积影响应力拱高度,将塑性区体积代入三维应力拱模型,得到15249S工作面覆岩三维应力拱形态方程。（5）采用FLAC3D数值模拟方法对采高,主关键层弹性模量,主关键层厚度,不同开采方式影响下的硬岩变形规律进行分析,得到了关键层及硬岩的控制作用规律。同时对采高,主关键层弹性模量,主关键层厚度,不同开采方式影响下的地表沉降规律进行分析,得到了分层充填开采为减缓地表沉降的最优开采方式,建立了深部开采覆岩裂隙-应力-变形多关键层-硬岩区位协同作用模型。
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