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综放开采断层应力分布特征与冲击危险评价研究

李成成

  冲击地压是世界范围内煤矿严重的自然灾害之一。我国大多数矿井的煤层与岩层都具有不同程度的冲击倾向性,特别是随着我国煤矿开采深度以每年约20m的深度不断增加,冲击地压矿井越来越多,危害性越来越严重,已成为制约我国煤矿安全高效生产的主要灾害之一。断层构造区域厚煤层放顶煤开采的采动应力分布异常,冲击地压灾害多发,断层区域冲击地压研究在理论、预测方法及综合防治等方面还有大量的研究工作要做。 兴隆庄七采区采深较大,况且南面与五采区采空区相邻,北面是矿区边界煤柱,区内断层较多,需要留设较多的断层煤柱,从而大大增加了冲击危险性。 本文针对兴隆庄煤矿七采区冲击地压防治的实际需要,采用离散元数值模拟、理论分析、现场试验研究等方法,对相邻采空区煤柱采动应力变化规律与煤柱宽度优化、平行工作面煤壁断层的采动应力演化规律、平行回采巷道断层的采动应力转移规律、冲击地压危险区进行了深入的研究。 采用离散元数值模拟和理论分析研究了相邻采空区煤柱的采动应力变化规律和煤柱宽度优化。研究表明:开采过程中所留设的煤柱,受两侧采空区的影响而产生压力叠加,形成较高的煤柱支承压力;随着工作面的推进,煤柱中的双峰应力逐渐合二为一,应力峰值并逐渐增大,在煤柱附近及其上下方的应力集中区内,最容易产生冲击地压;通过研究不同煤柱尺寸条件下的煤柱应力分布规律、并结合理论研究和现场实际情况,得出了合理煤柱尺寸,为兴隆庄七采区留设合理的采区隔离煤柱提供了科学依据。根据研究成果,7305工作面留设了45m的采区隔离煤柱。 采用离散元数值模拟,研究了平行工作面煤壁断层的采动应力演化规律及高应力集中区域。研究表明:随着工作面由断层下盘向断层推进时,工作面支承压力逐渐增加,随支承压力集中程度的升高,有可能产生冲击危险;工作面过断层后断层煤柱上的应力集中在工作面推进初期比较小,随后逐渐增大,最后趋于稳定;远离断层推进过程中,应力峰值明显小于接近断层推进过程中的应力峰值,冲击危险性较小。 研究了平行回采巷道断层的采动应力转移规律及高应力集中区域。研究表明:由于断层的切割使支承压力很少传递到采空区侧向断块以外的煤体上,主要在工作面前方形成高应力集中区。巷道与断层之间的煤柱尺寸越小,在煤柱中形成的应力就越大,在巷道中就越容易发生冲击危险。 根据数值模拟得到的支承压力演化特征及高应力集中区的范围,采用多因素耦合分析方法划定了七采区7305、7301、7302工作面中的高度及中度危险区,为冲击地压的监测与防治提供了科学的依据。……   
[关键词]:兴隆庄煤矿;综放开采;断层;煤柱;冲击地压;数值模拟;应力分布;危险区
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:山东科技大学2010年
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