背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律及突水压架机理
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作者
刘长友刘怀东陈毅琪杨培举王晨鸿杨敬轩
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单位
中国矿业大学矿业工程学院紫金矿业集团紫金(长沙)工程技术有限公司
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摘要
针对我国西部矿区背斜构造带突水压架事故频发问题,以郭家河煤矿1309工作面为工程背景,采用现场调研、物理实验与理论分析等方法深入研究了背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律与突水压架机理。研究表明:1)1309工作面突水压架主要发生在起坡角较大,起坡点与轴部落差较大的背斜构造区。顶板宜君组岩层是导致工作面突水事故的关键含水层,煤层之上102.5 m处厚度为28.53 m的中粒砂岩为隔水关键层。2)工作面垮落带高度为65 m,垮落带内破断岩块分布杂乱无章;裂隙带岩层的位移曲线呈单峰状,最大位移点位于背斜构造中下部。隔水关键层断裂后,其上部100.51 m的岩层同步断裂并产生活化,导水裂隙导通宜君组含水层。3)过背斜阶段隔水关键层断裂步距为32.27 m,断裂角为2.15°。断裂后的隔水关键层与采空区已破断岩块铰接形成砌体梁结构,当承压水压力超过1.02 MPa时,砌体梁结构中的断裂岩梁反向回转继而产生滑落失稳。4)隔水关键层滑落失稳后,控制顶板所需要的支架阻力达到31015kN,超过了支架额定阻力,进而会造成工作面支架压架。避免工作面发生压架事故的关键是保证隔水关键层不产生滑落失稳。
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关键词
突水压架背斜构造相似材料模拟支架围岩关系
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文章目录
0前言
1 工程背景
1.1 工作面地质及生产技术条件
1.2 突水压架与背斜构造关联性分析
1.3 工作面突水水源分析
2 背斜构造区特厚煤层开采覆岩破断失稳规律
2.1 实验方案
2.2 实验结果与分析
2.2.1 覆岩破断失稳规律
2.2.2 导水裂隙带发育特征
2.2.3 覆岩破断运移规律
3 背斜构造区突水压架覆岩结构力学模型
3.1 仰斜开采覆岩关键层断裂步距的确定
3.2 覆岩结构力学模型建立及失稳条件分析
4 工作面突水压架机理分析
4.1 背斜构造区工作面支架-围岩关系
4.2 工作面突水压架机理分析
5 结论