大南湖五号井弱胶结富水顶板综采覆岩活动规律研究

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我国煤炭生产重心已转移至西部地区,受地形地貌、覆岩结构、水文地质及煤层赋存条件等因素影响,西部弱胶结富水顶板工作面覆岩活动规律与中东部地区存在显著差异。为此,本论文以大南湖五号井1801综采工作面为研究背景,对大南湖五号井弱胶结富水顶板覆岩活动规律进行了研究,主要研究成果如下:(1)分析了1801综采工作面采矿地质条件,测定了弱胶结软岩矿物成分及微观结构,研究了其崩解特性,开展了煤岩物理力学参数测试,得到了18#煤、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、砂岩中砾单轴抗拉强度分别为0.52 MPa、1.23 MPa、0.41 MPa、0.65 MPa、1.08 MPa;单轴压强度分别为15.23 MPa、34.84 MPa、21.75MPa、20.63 MPa、19.86 MPa,以及不同加载角度下的抗剪强度。(2)根据同步变形曲率相等原理,确定了1801综采工作面覆岩关键层为砂岩中砾岩层(第五层顶板),其破断步距为35.2 m;建立了中厚板力学模型,确定了不同开采阶段工作面基本顶中厚板模型边界条件,推导了基本顶任意位置的位移和应力分量,得到了工作面基本顶初次、周期破断步距分别为26 m和12 m。(3)建立了数值计算模型,分析了弱胶结富水顶板工作面覆岩活动规律。结果表明,工作面初次来压、周期来压步距分别为25 m、15 m,初次来压时,塑性区发育高度为43.2 m,垮落带发育高度为3.3 m;当工作面开采至270 m时达到充分采动,此时细砂岩层、粉砂岩层、砂岩中砾岩层、砂质泥岩层下沉量最大值分别为2.968 m、2.913 m、2.873 m、2.784 m,充分采动时,垮落带发育高度为12.0 m,导水裂隙发育高度为49.8 m。(4)现场矿压实测结果表明,1801综采工作面初次来压、周期来压步距分别为25.1 m、15.2 m,与中厚板模型理论计算结果基本吻合;实测得出1801综采工作面垮落带高度为15.1 m,裂隙带高度为59.25 m;分析经验公式计算、数值模拟结果与现场实测数据,得出垮落带高度误差分别为25.4%、20.5%,裂隙带高度误差分别为26.5%、15.9%。(5)采空区涌水量监测结果表明,初次来压时,涌水量为135 m~3/h,采空区涌水量开始逐渐增大,但变化趋势较为平滑,说明随着工作面回采没有出现新的涌水水源。每次周期来压后涌水量增加,但采空区涌水量整体趋势在下降,采动裂隙并未破坏16#煤隔水层。充分开采时,导水裂隙停止发育,采空区涌水量随着采动,虽有小幅波动,但基本稳定在162 m~3/h,矿井涌水量总体呈现“稳定增加—波动变化—恢复稳定”的趋势。该论文有图60幅,表17个,参考文献99篇。
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