近距离煤层覆岩采动应力-裂隙演化及顺槽破坏特征研究
近距离煤层开采时产生的应力扰动对巷道围岩稳定性起重要作用，两煤层之间的空间位置结构、煤层间距等因素都会对下部煤层开采有明显不利影响。本文基于两工作面上覆岩层破断特征、巷道围岩应力分布特征，针对不同重叠工况条件下上覆岩层矿压显现规律以及巷道围岩破坏分布特征，尤其是二次采动下两工作面应力-裂隙的演化规律，采用理论分析、有限元与离散元数值模拟、相似材料模拟实验等研究方法，建立了工作面不同重叠工况与下部工作面回采巷道围岩破坏之间的关系，揭示了下部工作面覆岩矿压显现特征及巷道围岩破坏分布特征，为近距离煤层开采时下部工作面巷道围岩有效控制提供理论依据。主要工作与成果如下： （1）通过相似材料模拟试验和数值模拟试验，对比分析了近距离煤层开采中一次采动和二次采动工作面超前支承压力演化规律。上部工作面超前支承压力呈稳定“缓慢增长”的演化规律。下部工作面在推进方向经过上部工作面采空区的部分，工作面底板应力呈“缓慢增长-快速增长-迅速卸压-缓慢增长-缓慢卸压”的演化规律；在推进方向未经过上部工作面采空区的部分，工作面底板应力呈“快速增长-缓慢增长-稳定不变”的演化规律。 （2）研究了近距离煤层开采过程中上部工作面采空区对下部工作面应力演化规律的影响。发现上部工作面回采和下部工作面回采初期时，覆岩在工作面采空区内呈单应力集中壳；下部工作面开采过上部工作面开切眼后，两工作面覆岩突发整体下沉，两个单应力集中壳发育成左低右高“M形”应力集中壳；下部工作面开采完成后，两工作面覆岩中形成左高右低“M形”应力集中壳。 （3）研究了近距离煤层开采上部工作面采空区对下部工作面覆岩破断裂隙演化规律的影响。工作面开采无应力扰动区煤层时，覆岩呈“类梯形”垮落。下部工作面开采至上部工作面开切眼下方时，两工作面间岩层发生破断，两工作面覆岩随之整体跨落。进入上部工作面采空区后，两工作面间岩层呈二维平面内“平行四边形”垮落，上部工作面覆岩垮落滞后于两工作面间岩层。 （4）研究了工作面不同工作面重叠位置下应力峰值时的巷道围岩破坏特征。下部工作面开采巷道围岩不同部位剪应变增量整体量级由大到小为：顶板、巷帮、肩部、底板。未支护的巷道围岩低应力集中区位于巷道围岩浅部，高应力集中区位于巷道围岩帮部的深部，拉剪破坏区集中在巷道顶底板和两帮的围岩浅部且顶底板拉破坏区发育更加充分。支护后巷道围岩低应力集中区和高应力集中区均向巷道围岩浅部靠近且应力较未支护时有明显增加，剪切破坏区较未支护时范围缩小，剪切破坏迹线发育更充分，巷道顶底板剪切破坏迹线向巷道两帮发育。
近距离煤层;覆岩采动;裂隙演化;巷道围岩;顺槽破坏
河北工程大学
硕士
矿业工程
洛锋;穆彦鹏
2022
中文
TD325
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）