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随着西部大开发战略的实施,储量达数千亿吨的优质煤田—神东矿区已是我国重要的能源生产基地,也是具有广阔的国际市场。神东矿区的开采实践表明:剧烈的矿压显现和开采地表塌陷形成大量裂缝,造成地表水资源严重流失,加剧了地表荒漠化,这严重影响和制约现代化高产高效矿井的全面发展。 浅埋煤层岩层控制理论的核心是顶板结构及其稳定性。在传统的矿压控制理论中,由于普通采场顶板由多个关键层组成,关键层结构的载荷按静载处理。若将神东矿区顶板结构的稳定性分析建立在“静态”关系基础上,这与其工程实践有较大出入。实践证明,浅埋煤层老顶关键层载荷存在传递效应,具有动态性。 本文是基于对神东矿区大柳塔等矿调研了浅埋煤层丌采引起的地表沉降、变形情况以及观测了浅埋煤层长壁综采工作面矿压显现特征的基础上,确立了浅埋煤层砂土层动态载荷传递的实践特征;并以岩层控制关键层理论和浅埋煤层“短砌体梁”、“台阶岩梁”结构模型为理论指导,构建了测试浅埋煤层砂土层动态载荷传递模型;开发研制智能动态数据采集系统;进行了砂土层载荷传递相似模拟实验,揭示了浅埋煤层砂土层在初次来压、周期来压、充分采动期间的破坏特征;初步得出砂土层对“台阶岩梁”结构中关键块的动态载荷传递规律;并用数值分析方法模拟、验证物理相似模拟实验的现象和结果。 本文的所得结论对分析浅埋煤层的强烈滑落失稳机理、进一步研究采场“支架—围岩”关系、建立浅埋煤层动态顶板结构理论具有重要的理论意义。