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2021年第05期
2021-06-03
213

特厚煤层分层开采下伏煤层应力分布及破坏特征研究

  • 作者:

    高建良
    蔡行行
    卢方超
    王文元
  • 关键词:

    煤层倾角
    特厚煤层
    底板应力
    下伏煤层
    瓦斯富集
  • 作者单位:

    河南理工大学 安全科学与工程学院
    河南理工大学 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地
    煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心

摘要

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摘要:

对于特厚煤层分层开采,掌握煤层开采后下伏煤层应力分布及破坏特征能够为精准判定采空区瓦斯富集区提供一定理论依据。因此,为厘清倾斜特厚煤层下伏煤层应力及塑性破坏区的分布特征,开展了不同煤层倾角工作面回采的数值模拟计算。首先基于采空区压实理论,获得了采空区垮落岩体的应力-应变关系,进而通过迭代反演确定了充填体的岩体力学参数。在此基础上,通过数值模拟计算及分析,得到了煤层倾角变化对下伏煤层应力分布及破坏特征的影响规律。结果表明:在采空区底板范围内,随着煤层倾角增大,采空区应力恢复“O”形圈不再以采空区中部走向线对称分布,而向倾向下部偏移。沿倾向,在采空区的上下两端,侧向应力集中系数均随煤层倾角增大而减小,但倾向上端侧向应力集中系数始终小于倾向下端侧向应力集中系数。沿走向,在工作面底板,超前支承应力集中系数随着煤层倾角增大而增大。最后,通过分析下伏煤层塑性破坏区的分布可知,工作面以及倾向上下端底板煤体内的塑性破坏深度均随着煤层倾角增大而增大,但倾向上端底板破坏深度始终小于倾向下端底板破坏深度;采空区底板最大塑性破坏深度所在位置逐渐远离采空区中部,向倾向下端偏移。

  • 工作面及沿倾向底板煤体塑性区破坏深度
  • 不同煤层倾角工作面推进400 m时顶底板塑性区分布
  • 下伏煤层沿倾向不同深度应力分布
  • 沿走向采场底板应力分布
  • 监测线布置
  • 不同倾角采场底板应力分布
  • 岩体力学参数反演结果
  • 不同煤层倾角采场物理模型
高建良,蔡行行,卢方超,等.特厚煤层分层开采下伏煤层应力分布及破坏特征研究[J].煤炭科学技术,2021,49(5):19-26. GAO Jianliang,CAI Hanghang,LU Fangchao,et al.Study on underlying coal seam stress distribution and failure characteristics in slicing mining of extra-thick coal seams[J]Coal Science and Technology,2021,49(5):19-26.

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