对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律

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论文采用相似材料实验、数值计算和现场实测等综合研究方法,对煤层开采后覆岩破坏的主要形式(离层、裂缝、贯穿裂隙、垮落)和过程进行了较为详细的分析。 用“以岩层运动为中心”的矿压理论作指导,根据采场矿压控制要求,考虑岩层破坏特征和向采场推进方向传递力的特性,将采动后对采场矿压显现有明显影响的,较大范围内的覆岩划分为“覆岩破坏三带”。覆岩破坏三带是指:采空区上方依次存在着由垮落岩层组成的垮落带(S4)、断裂岩层组成的裂隙贯穿带(S3)和以离层裂隙变形为主的离层裂隙带(S2)。覆岩破坏三带处于动态发育过程中,具有相互转化和影响的内在联系。 根据覆岩破坏三带中裂隙贯穿带(S3)演化及其对垮落带(S4)和离层裂隙带(S2)的影响特点,指出裂隙贯穿带是覆岩破坏三带中影响采场矿压显现的“关键覆岩破坏带”,并根据裂隙贯穿带的演化过程将覆岩破坏划分为四个阶段:即离层压合阶段、裂隙贯穿阶段、显著运动阶段和相对稳定阶段。得到了沿纵向和采场推进方向各阶段岩层破坏的范围,由覆岩破坏及运动特征决定的超前支承压力分布变化规律,阐明了裂隙贯穿带的显著运动将引发超前支承压力极大值的出现。 兖州矿区对综放开采条件下大范围内覆岩的破坏形式和范围进行的实测研究,较好的揭示和验证了本文关于“覆岩破坏三带”划分、演化征及其与支承压力分布关系的有关结论,为覆岩破坏三带结构模型在煤矿岩层控制实践中的应用提供了实践基础。
摘要第3-7页
1 绪论第7-20页
    1.1 课题的研究意义第7页
    1.2 文献综述第7-18页
        1.2.1 课题实践背景综述第7-8页
        1.2.2 关于覆岩冒落、断裂及运动规律的研究综述第8-13页
        1.2.3 关于层状岩层介质属性的认识及研究覆岩运动破坏的方法第13-14页
        1.2.4 采场支承压力分布规律的研究第14-16页
        1.2.5 对已有研究的认识第16-18页
    1.3 论文研究的目标和思路第18-20页
        1.3.1 总体目标第18页
        1.3.2 研究思路和内容第18-20页
2 覆岩破坏及支承压力显现的相似模拟研究第20-64页
    2.1 实验概况第20-29页
        2.1.1 研究目标和内容第20页
        2.1.2 模型制作及测试系统第20-26页
        2.1.3 模型标定及实验参数的观测设定第26-28页
        2.1.4 开采模型走向剖面内覆岩运动破坏带范围的定量描述方法第28-29页
    2.2 实验揭示的覆岩破坏三带结构模型及意义第29-31页
    2.3 明显影响采场支承压力的覆岩破坏三带结构运动演化特征第31-56页
        2.3.1 覆岩破坏三带结构形态第31-40页
        2.3.2 覆岩破坏三带的结构参数演化特征第40-49页
        2.3.3 覆岩破坏演化阶段划分及覆岩破坏总体结构参数演化规律第49-56页
    2.4 覆岩破坏三带结构演化与矿压分布关系第56-62页
        2.4.1 工作面推进过程中超前支承压力分布第56-60页
        2.4.2 覆岩破坏三带结构演化与煤壁前方支承压力峰值特征的关系第60-62页
    2.5 小结第62-64页
3 覆岩破坏结构演化及应力分布关系的数值分析第64-95页
    3.1 数值分析目的与模型构造第64-69页
        3.1.1 岩石的非线性本构关系第64页
        3.1.2 岩层运动破裂过程仿真的基本原理第64-65页
        3.1.3 SFPA对计算单元的应力、应变及单元破坏判断和处理要点第65页
        3.1.4 SFPA模型构造第65-69页
    3.2 覆岩破坏范围和演化阶段第69-84页
        3.2.1 不同开挖状态岩层分离范围第69-82页
        3.2.2 覆岩破坏演化阶段第82-84页
    3.3 数值计算覆岩破坏结构演化及其与相似模拟研究的对比第84-86页
    3.4 采场推进过程中支承压力的变化特征第86-92页
        3.4.1 采场前方支承压力分布第86-92页
        3.4.2 后方支承压力第92页
    3.5 覆岩破坏体结构演化与支承压力分布的关系第92-94页
    3.6 小结第94-95页
4 覆岩破坏结构演化与矿压显现的实测研究第95-115页
    4.1 覆岩破坏实测研究方法概述第95-96页
        4.1.1 钻孔方法第95-96页
        4.1.2 地球物理勘探方法第96页
        4.1.3 覆岩运动的动态观测研究方法第96页
    4.2 兴隆庄煤矿覆岩破坏特征及其参数的实测研究第96-106页
        4.2.1 综采放顶煤覆岩垮落带和裂隙贯穿带高度第97-100页
        4.2.2 厚煤层一次采全高覆岩裂隙区高度第100-104页
        4.2.3 覆岩离层的实测研究第104-106页
    4.3 工作面推进过程中超前支承压力变化规律的实测研究第106-114页
        4.3.1 实测研究工作面地质采矿条件第106-107页
        4.3.2 采动超前支承压力变化规律的监测第107-108页
        4.3.3 支承压力的监测结果第108-114页
    4.4 小结第114-115页
5 主要结论第115-118页
附录第118-120页
参考文献第120-124页
致谢第124页
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