不连沟矿巨厚煤层综放开采覆岩运移规律研究
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摘要
不连沟井田位于华北地层区鄂尔多斯分区准格尔煤田北部,其F6201综放工作面具有近浅埋、巨厚煤层和综放开采三个特点。为了研究该条件下上覆岩层的运移和矿压显现规律,采用了理论分析、现场实测和数值模拟相结合的综合手段。
理论分析方面。首先利用断裂带基本顶判别准则,找到了F6201综放面断裂带基本顶的存在位置,然后以此为基准,利用关键层判别准则自下而上找出工作面覆岩中关键层的个数与层位,并对其进行了关键层复合效应判别,最后在关键层初次和周期垮落力学结构模型的基础上对关键块进行了稳定区域划分,从理论上分析了关键块的运动形式和整个覆岩的破断情况。
现场实测方面。首先通过对现场数据的收集、整理、分析,逐步摸清了F6201综放面矿压显现基本规律,然后以此为依据反映、推演出F6201综放面覆岩破断情况,最后与理论分析结果进行对比修正,进一步确定F6201综放面覆岩破断规律。
数值模拟方面。在理论分析和现场实测的基础上,通过UDEC数值模拟软件再现F6201综放面覆岩宏观破断规律。模拟重点是关键层破断之间的时空关系和关键层破断对表土层沉陷的影响。通过模拟,加深了对F6201综放面覆岩运移规律的认识和理解。
在整个研究过程中,上述三种研究手段相互联系,相互印证与修正。最后得出近浅埋巨厚煤层综放开采覆岩层运移规律。
Buliangou colliery is located in north part of Zhun Ge Er coalfield ,Erdous plateu coal-seam of north China strata. The F6201 face in Buliangou mine has three remarkable characteristics: shallow burial depth, extremely thick coal seam, fully-mechanized caving mining.In order to study the overlying strata movement regularity and strata pressure behavior law, this paper combines theoretical analysis and field measurements with numerical simulation to study it synthetically.
Theoretical analysis:firstly finds the position of main roof in breaking zone,secondly uses the criterion for determining the key stratum to determine the numbers and the position of key stratums,then discriminants the complex effect of key stratum,finally based on the mechanical structure model for key blocks, stable zones of key blocks are divided , analyses the movement of key blocks and the breaking of overburden from theoretical aspects.
Field measurements:through the collection ,reorganization and analysis of field datas, strata pressure behavior law of F6201 work-face is gradually found,which can be used to inverse the breaking regularity of overburden, finally compared with results of theoretical analysis, the breaking of overburden for F6201 work-face is confirmed further.
Numerical simulation: on the basis of theoretical analysis and field measurements,by the use of UDEC software , the macroscopical breaking law of overburden for F6201 work-face is reappeared. Spatial-temporal relation with key stratums’breaking and the influence to topsoil layer’subsidence are simulated emphasisly,from which can deepen understanding and knowledge to the movement regularity of overlying strata.
During the whole research,the threee methods are interrelation and mutual corresponded, finally the study concludes the law of strata pressure behavior with shallow seam, thick bedrock ,extremely thick coal seam, and fully-mechanized caving mining.
理论分析方面。首先利用断裂带基本顶判别准则,找到了F6201综放面断裂带基本顶的存在位置,然后以此为基准,利用关键层判别准则自下而上找出工作面覆岩中关键层的个数与层位,并对其进行了关键层复合效应判别,最后在关键层初次和周期垮落力学结构模型的基础上对关键块进行了稳定区域划分,从理论上分析了关键块的运动形式和整个覆岩的破断情况。
现场实测方面。首先通过对现场数据的收集、整理、分析,逐步摸清了F6201综放面矿压显现基本规律,然后以此为依据反映、推演出F6201综放面覆岩破断情况,最后与理论分析结果进行对比修正,进一步确定F6201综放面覆岩破断规律。
数值模拟方面。在理论分析和现场实测的基础上,通过UDEC数值模拟软件再现F6201综放面覆岩宏观破断规律。模拟重点是关键层破断之间的时空关系和关键层破断对表土层沉陷的影响。通过模拟,加深了对F6201综放面覆岩运移规律的认识和理解。
在整个研究过程中,上述三种研究手段相互联系,相互印证与修正。最后得出近浅埋巨厚煤层综放开采覆岩层运移规律。
Buliangou colliery is located in north part of Zhun Ge Er coalfield ,Erdous plateu coal-seam of north China strata. The F6201 face in Buliangou mine has three remarkable characteristics: shallow burial depth, extremely thick coal seam, fully-mechanized caving mining.In order to study the overlying strata movement regularity and strata pressure behavior law, this paper combines theoretical analysis and field measurements with numerical simulation to study it synthetically.
Theoretical analysis:firstly finds the position of main roof in breaking zone,secondly uses the criterion for determining the key stratum to determine the numbers and the position of key stratums,then discriminants the complex effect of key stratum,finally based on the mechanical structure model for key blocks, stable zones of key blocks are divided , analyses the movement of key blocks and the breaking of overburden from theoretical aspects.
Field measurements:through the collection ,reorganization and analysis of field datas, strata pressure behavior law of F6201 work-face is gradually found,which can be used to inverse the breaking regularity of overburden, finally compared with results of theoretical analysis, the breaking of overburden for F6201 work-face is confirmed further.
Numerical simulation: on the basis of theoretical analysis and field measurements,by the use of UDEC software , the macroscopical breaking law of overburden for F6201 work-face is reappeared. Spatial-temporal relation with key stratums’breaking and the influence to topsoil layer’subsidence are simulated emphasisly,from which can deepen understanding and knowledge to the movement regularity of overlying strata.
During the whole research,the threee methods are interrelation and mutual corresponded, finally the study concludes the law of strata pressure behavior with shallow seam, thick bedrock ,extremely thick coal seam, and fully-mechanized caving mining.
引文
[1]尚海涛,吴健.我国综采放顶煤发展宜分为两个阶段[J].中国煤炭,2000,26(3):8.
[2]任秉钢等.我国综放开采15年[J].煤矿机电,2009,(5):10-12.
[3]王家臣.厚煤层开采理论与技术[M].北京:北京冶金工业出版社,2009.
[4]王金华.综放开采是解决厚煤层开采难题的有效途径[J].煤炭科学技术,2005,33(2):1-6.
[5]石延国,崔松竹.厚煤层综采放顶煤开采经验[J].煤炭工程,2007,(3):56-58.
[6]刘玉堂.中国厚煤层综放开采技术[J].中国煤炭,1999,25(7):7-10.
[7]王家臣.我国综放开采技术及其深层次发展问题的探讨[J].煤炭科学技术,2005,33(1):14-17.
[8]陆明心等.综放开采上位岩层的平衡结构及其对采场矿压显现的影响[J].煤炭学报,2002,27(6):591-595.
[9]翟新献.放顶煤工作面顶板岩层移动相似模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(11):1667-1671.
[10]浦海,缪协兴.综放采场覆岩冒落与围岩支承压力动态分布规律的数值模拟[J].岩石力学与工程学报,2004,23(7):1122-1126.
[11]方新秋等.厚表土薄基岩煤层综放开采矿压显现规律[J].采矿与安全工程学报,2007,24(3):326-330.
[12]陈忠辉等.浅埋深厚煤层综放开采顶板断裂力学模型[J].煤炭学报,2007,32(5):449-452.
[13]邓喀中等.综采放顶煤地表移动规律特殊性[J].中国矿业大学学报,1999,28(4):375-378.
[14]张勇.长壁放顶煤开采顶煤损伤和破坏机理研究[D].北京:中国矿业大学,1998.
[15]王金安.综放工作面开采速率对围岩应力环境影响的研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(6):1118-1124.
[16]靳钟铭.综放采场顶煤变形规律的研究[J].矿山压力与顶板管理,1992,(1):26-31.
[17]康立军.长壁综放开采支架与顶煤相互作用关系研究[D].北京:煤炭科学研究总院,2000.
[18]谢俊文等.厚煤层综放开采顶煤运移及应力分布规律的数值分析[J].中国矿业,2005,14(4):56-59.
[19]李辰龙等.综放面端面顶煤控制实践与认识[J].矿山压力与顶板管理,2004,(3):72-73.
[20]范韶刚等.确定综放支架工作阻力的统计类比法[J].矿山压力与项板管理,2000,(4):24-26.
[21]毛德兵,康立军.综放开采支架阻力不唯一性原因分析[J].煤炭科学技术,2003,31(11):29-31.
[22]金太,刘长友.放顶煤液压支架的动态承载特征及其可靠性分析[J].矿山压力与项板管理,2003,(3):1-4.
[23]黄庆享.浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义[J].岩石力学与工程学报,2002,21(8):1174-1177.
[24]侯忠杰.浅埋煤层关键层研究[J].煤炭学报,1999,24(4):359-363.
[25]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].北京:中国矿业大学出版社,2003.
[26]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构理论与支护阻力确定[J].矿山压力与顶板管理,2002,(1):70-72.
[27]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板控制研究[D].西安:西安矿业学院,1998.
[28]黄庆享.采场基本顶初次来压的结构分析[J].岩石力学与工程学报,1998,17(5):521-526.
[29]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2000.
[30]黄庆享,钱鸣高,石平五.浅埋煤层采场基本顶周期来压结构分析[J].煤炭学报,1999,24(6):581-585.
[31]侯忠杰.基本顶断裂岩块回转端角接触面尺寸[J].矿山压力与顶板管理,1999,(3):29-32.
[32]黄庆享等.近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测研究[J].矿山压力与顶板管理,2003,20(3):58-59.
[33]魏秉亮.浅埋近水平煤层采动岩移与塌陷机理研究[J].中国煤田地质,2001(4):38~40.
[34]姜福兴等.印度浅埋坚硬顶板厚煤层开采方法探讨[J].矿山压力与顶板管理,2002,(1):57-59.
[35] (澳)B.霍勃尔瓦依特等.浅部长壁法开采效果的地质技术评价[J].煤炭科研参考资料,1985(3).
[36] Holla L, Buizen M. Strata movement due to shallow longwall mining and the effect on ground permeability[J]. Aus I M M Bullefin and proceeding, Vol.295 No.1 May 1990.
[37] Singh R P, Yadav R N. Subsidence due to coal mining in India[M]. In: Proceedings of the 1995 5th International Symposium on land subsidence. IAHS Publication, No.234, 1995. IAHS. Wallingford, England.
[38]宋振骐.实用矿山压力控制[M].北京:国矿业大学出版社,1998.
[39]侯忠杰.老顶断裂岩块接触面尺寸[J].矿山压力与顶扳管理,1999.334:29~31
[40]侯忠杰.断裂带基本顶的判别准则及在浅埋煤层中的应用[J].煤炭学报,2003,28(1):8-12.
[41]钱鸣高,缪协兴,许家林,茅献彪.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版,2000.
[42]茅献彪,钱鸣高.采动覆岩中关键层的破断规律研究[J].中国矿业大学学报,1998,27(1):39-42.
[43]付玉平,宋选民等.大采高采场顶板断裂关键块稳定性分析[J].煤炭学报,2009,34(8):1027-1031.
[44]赵宏珠.大采高支架的使用及参数研究[J].煤炭学报,1991,16(1):32-38.
[45]许家林,钱鸣高.岩层控制关键层理论的应用研究与实践[J].煤炭学报,2001,10(6):54-56.
[46]钱鸣高,何富连等.再论采场矿山压力理论[J].中国矿业大学学报,1994,23(3):1-9.
[47]耿献文.矿山压力测控技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2001.
[48]侯树宏,柴敬,邱标.综放开采沿工作面倾向顶板垮落规律[J].西安科技大学学报,2009,29(3):266-269.
[49]李凤仪.浅埋煤层长壁开采矿压特点及其安全开采界限研究[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2007.
[50]通用离散元用户指导[M].山东:山东科技大学,2004.
[51]闫少宏.放顶煤开采顶煤与顶板活动规律研究[D].北京:中国矿业大学北京校区,1995.
[52]陆明心等.综放开采顶煤的三个特征变形参数及多次损伤分析[J].煤炭科学技术,2002,30(11):48-51.
[53]刘长友.采场直接顶整体力学特性及支架围岩关系的研究[D].徐州:中国矿业大学,1996.
[54]张顶立.综放工作面煤岩稳定性研究及控制[D].徐州:中国矿业大学,1995.
[55]史元伟.综放工作面围岩动态及液压支架载荷力学模型[J].煤炭学报,1997,22(3):253-258.
[2]任秉钢等.我国综放开采15年[J].煤矿机电,2009,(5):10-12.
[3]王家臣.厚煤层开采理论与技术[M].北京:北京冶金工业出版社,2009.
[4]王金华.综放开采是解决厚煤层开采难题的有效途径[J].煤炭科学技术,2005,33(2):1-6.
[5]石延国,崔松竹.厚煤层综采放顶煤开采经验[J].煤炭工程,2007,(3):56-58.
[6]刘玉堂.中国厚煤层综放开采技术[J].中国煤炭,1999,25(7):7-10.
[7]王家臣.我国综放开采技术及其深层次发展问题的探讨[J].煤炭科学技术,2005,33(1):14-17.
[8]陆明心等.综放开采上位岩层的平衡结构及其对采场矿压显现的影响[J].煤炭学报,2002,27(6):591-595.
[9]翟新献.放顶煤工作面顶板岩层移动相似模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(11):1667-1671.
[10]浦海,缪协兴.综放采场覆岩冒落与围岩支承压力动态分布规律的数值模拟[J].岩石力学与工程学报,2004,23(7):1122-1126.
[11]方新秋等.厚表土薄基岩煤层综放开采矿压显现规律[J].采矿与安全工程学报,2007,24(3):326-330.
[12]陈忠辉等.浅埋深厚煤层综放开采顶板断裂力学模型[J].煤炭学报,2007,32(5):449-452.
[13]邓喀中等.综采放顶煤地表移动规律特殊性[J].中国矿业大学学报,1999,28(4):375-378.
[14]张勇.长壁放顶煤开采顶煤损伤和破坏机理研究[D].北京:中国矿业大学,1998.
[15]王金安.综放工作面开采速率对围岩应力环境影响的研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(6):1118-1124.
[16]靳钟铭.综放采场顶煤变形规律的研究[J].矿山压力与顶板管理,1992,(1):26-31.
[17]康立军.长壁综放开采支架与顶煤相互作用关系研究[D].北京:煤炭科学研究总院,2000.
[18]谢俊文等.厚煤层综放开采顶煤运移及应力分布规律的数值分析[J].中国矿业,2005,14(4):56-59.
[19]李辰龙等.综放面端面顶煤控制实践与认识[J].矿山压力与顶板管理,2004,(3):72-73.
[20]范韶刚等.确定综放支架工作阻力的统计类比法[J].矿山压力与项板管理,2000,(4):24-26.
[21]毛德兵,康立军.综放开采支架阻力不唯一性原因分析[J].煤炭科学技术,2003,31(11):29-31.
[22]金太,刘长友.放顶煤液压支架的动态承载特征及其可靠性分析[J].矿山压力与项板管理,2003,(3):1-4.
[23]黄庆享.浅埋煤层的矿压特征与浅埋煤层定义[J].岩石力学与工程学报,2002,21(8):1174-1177.
[24]侯忠杰.浅埋煤层关键层研究[J].煤炭学报,1999,24(4):359-363.
[25]钱鸣高,石平五.矿山压力与岩层控制[M].北京:中国矿业大学出版社,2003.
[26]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构理论与支护阻力确定[J].矿山压力与顶板管理,2002,(1):70-72.
[27]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板控制研究[D].西安:西安矿业学院,1998.
[28]黄庆享.采场基本顶初次来压的结构分析[J].岩石力学与工程学报,1998,17(5):521-526.
[29]黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2000.
[30]黄庆享,钱鸣高,石平五.浅埋煤层采场基本顶周期来压结构分析[J].煤炭学报,1999,24(6):581-585.
[31]侯忠杰.基本顶断裂岩块回转端角接触面尺寸[J].矿山压力与顶板管理,1999,(3):29-32.
[32]黄庆享等.近浅埋煤层大采高矿压显现规律实测研究[J].矿山压力与顶板管理,2003,20(3):58-59.
[33]魏秉亮.浅埋近水平煤层采动岩移与塌陷机理研究[J].中国煤田地质,2001(4):38~40.
[34]姜福兴等.印度浅埋坚硬顶板厚煤层开采方法探讨[J].矿山压力与顶板管理,2002,(1):57-59.
[35] (澳)B.霍勃尔瓦依特等.浅部长壁法开采效果的地质技术评价[J].煤炭科研参考资料,1985(3).
[36] Holla L, Buizen M. Strata movement due to shallow longwall mining and the effect on ground permeability[J]. Aus I M M Bullefin and proceeding, Vol.295 No.1 May 1990.
[37] Singh R P, Yadav R N. Subsidence due to coal mining in India[M]. In: Proceedings of the 1995 5th International Symposium on land subsidence. IAHS Publication, No.234, 1995. IAHS. Wallingford, England.
[38]宋振骐.实用矿山压力控制[M].北京:国矿业大学出版社,1998.
[39]侯忠杰.老顶断裂岩块接触面尺寸[J].矿山压力与顶扳管理,1999.334:29~31
[40]侯忠杰.断裂带基本顶的判别准则及在浅埋煤层中的应用[J].煤炭学报,2003,28(1):8-12.
[41]钱鸣高,缪协兴,许家林,茅献彪.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版,2000.
[42]茅献彪,钱鸣高.采动覆岩中关键层的破断规律研究[J].中国矿业大学学报,1998,27(1):39-42.
[43]付玉平,宋选民等.大采高采场顶板断裂关键块稳定性分析[J].煤炭学报,2009,34(8):1027-1031.
[44]赵宏珠.大采高支架的使用及参数研究[J].煤炭学报,1991,16(1):32-38.
[45]许家林,钱鸣高.岩层控制关键层理论的应用研究与实践[J].煤炭学报,2001,10(6):54-56.
[46]钱鸣高,何富连等.再论采场矿山压力理论[J].中国矿业大学学报,1994,23(3):1-9.
[47]耿献文.矿山压力测控技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2001.
[48]侯树宏,柴敬,邱标.综放开采沿工作面倾向顶板垮落规律[J].西安科技大学学报,2009,29(3):266-269.
[49]李凤仪.浅埋煤层长壁开采矿压特点及其安全开采界限研究[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2007.
[50]通用离散元用户指导[M].山东:山东科技大学,2004.
[51]闫少宏.放顶煤开采顶煤与顶板活动规律研究[D].北京:中国矿业大学北京校区,1995.
[52]陆明心等.综放开采顶煤的三个特征变形参数及多次损伤分析[J].煤炭科学技术,2002,30(11):48-51.
[53]刘长友.采场直接顶整体力学特性及支架围岩关系的研究[D].徐州:中国矿业大学,1996.
[54]张顶立.综放工作面煤岩稳定性研究及控制[D].徐州:中国矿业大学,1995.
[55]史元伟.综放工作面围岩动态及液压支架载荷力学模型[J].煤炭学报,1997,22(3):253-258.