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| 煤与瓦斯突出是煤矿最为严重的灾害之一,而保护层开采是防治煤与瓦斯突出的有效措施。本文结合了弹塑性力学、岩体力学、渗流力学等相关理论,以土朱矿上保护层开采为工程背景,分析了上保护层开采后,底板岩层的应力分布、移动变形、被保护层渗透率分布,在此基础上研究了上保护层开采的保护范围及瓦斯运移规律。在前人的基础上,运用弹塑性力学,建立采场底板力学模型,分析得出了采场底板应力变化、位移变化规律及被保护层渗透率分布规律。(1)在远离采空区的地方不受采动影响为原始应力区;在采空区两端煤柱上,产生了应力的集中为应力集中区;在采空区下方一定范围内,应力是降低的为应力降低区,并随着工作面的推进采空区后方应力逐渐恢复。随着层间距的增加,采动对底板的影响不断减少。(2)分析了采场底板岩层位移变化情况,在应力集中区岩层下沉,在应力降低区岩层发生底鼓现象,在采空区底板下方被保护层处最大位移量超过100mm,并且位移量随着层间距的增加而减少。(3)对土朱煤矿保护范围进行了分析,并拟合了上保护层开采保护范围曲线,指出土朱矿3煤开采后,沿走向方向卸压角在39.4°~69.8°之间,倾斜方向卸压角为75.43°左右。(4)通过应力与渗透率的关系得出了保护层开采后土朱矿5煤层渗透率的分布规律,并分析了瓦斯流动通道。分别利用FLAC3D软件、COMSOL软件对土朱矿保护层开采过程中围岩应力、位移的变化规律及被保护层瓦斯运移规律进行了数值模拟。(1)模拟了土朱矿上保护层开采过程中底板应力变化及位移变化规律,并根据底板应力的分布划定了保护范围,在走向方向上卸压角为52.36°~61.89°;在倾斜下方为73.2°,倾斜上方为74°。(2)模拟土朱矿上保护层开采过程中,被保护层瓦斯运移规律。开采20m后,被保护层最低瓦斯压力降低到了1.125MPa;开采40m时,被保护层最低瓦斯压力降低为0.65MPa;开挖60m后,被保护层最低瓦斯压力降低到了0.5MPa。针对土朱煤矿的实际情况,设计了土朱矿上保护层开采的观测方案,分析了保护层—3煤开采过程中,被保护层应力及瓦斯压力的变化规律,并划定了保护范围,沿走向卸压角为53.7°~65°,沿倾斜卸压角为74.9°左右。这与理论分析及数值模拟对比:是吻合的。从而为今后运用理论分析、数值方法预测突出矿井保护层开采效果奠定了基础。 |
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