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为了研究倾斜煤层开采时地表下沉及其上覆岩层的破坏影响规律,以安阳煤矿的地质条件为原型,利用软件模拟不同倾角下特厚煤层的开采。研究表明:在工作面前端出现应力升高区,随着倾角的变大应力拱逐渐向地表延伸,拱型结构逐渐向岩层上方移动,垂直应力集中系数随倾角的变大而减小;对于倾角小于30°煤层而言,上覆岩层垮落后就地堆积;当煤层倾角大于40°时,上覆岩层垮落并向煤层下山方向移动,从而使得采空区上山方向地表下沉值增大,而下山方向地表呈相对上升趋势,由于地下岩层破坏使得地表总体呈现U型塌陷坑。
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第 !" 卷 第 # 期
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我国煤炭一次性能源的消耗占 <%=以
上> 煤炭
资源大区新疆煤炭储量 $5&" 万亿 +,占我国煤炭储
量的四成左右
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,但新疆等地的倾斜煤层受到严重
的
地理开采制约
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。近年来有关学者针对煤矿开采
中地压力学影响进行了研
究,研究了煤厚变化对超
前支承压力分布影响,揭示了煤厚开采对地压的力
学机制,得出煤厚局部变化区应力变化梯度随煤厚
减小率的增大而增大
?&%A
,但在陕
西、新疆分布了许多
的大倾角煤矿,岩层倾斜角度过大,开挖时周围岩
层及上覆岩层的压力和沉降变化规律难以预料。为
此通过实验模拟不同倾角煤层,研究在开挖时上覆
岩层应力变化和下沉的特征规律,为大倾角煤矿开
采和矿区生产安全提供理论技术支持。
& 工程概况
本实验以安阳某煤矿为研究对象,其倾角为 %°B
C° ,近似水平煤层。试验以 C
D
煤层为开挖对象,煤层
埋
深 EC% F 左右,层厚 G~; F,C
D
煤采高 C F,
沿顶
板开采。地表层为平均层厚为 &G% F 的松散层,主
要由灰黄色黄土、粉砂、细砂及砾石组成。煤层顶板
主要由冲积岩、细粒砂岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩
等岩石组成,细砂岩中含灰白色中厚状石英砂岩。
直底层粉砂岩中夹杂细粒砂岩,断口水平,硬度中
等,安阳煤矿煤岩参数见表 &。
$ 数值模拟实验
$5& 模型的建立
HIJ K &% 5 &EE6L M N 5 O.P- 5 FP(Q 5 $%&; 5 %; 5 %CG
倾斜煤层开采地表沉陷规律模拟分析
朱庆伟,
刘 鹏
(西安科技大学 测绘科学与技术学院,陕西
西安 L&%%C6)
摘 要:为了
研究倾斜煤层开采时地表下沉及其上覆岩层的破坏影响规律,以安阳煤矿的地质
条件为原型,利用软件模拟不同倾角下特厚煤层的开采。研究表明:在工作面前端出现应力升高
区,随着倾角的变大应力拱逐渐向地表延伸,拱型结构逐渐向岩层上方移动,垂直应力集中系数
随倾角的变大而减小;对于倾角小于 E%°煤层而言,上覆岩层垮落后就地堆积;当煤层倾角大于
6%°时,上覆岩层垮落并向煤层下山方向移动,从而使得采空区上山方向地表下沉值增大,而下
山方向地表呈相对上升趋势,由于地下岩层破坏使得地表总体呈现 R 型塌陷坑。
关键词:倾斜煤层;ST8/
EH
;
地
表
沉
陷;垂直应力;上覆岩层
中图分类号:UHE$C
V
5$ 文献标
志码:A 文章编号:&%%E@6"GW($%&;)%;@%$&;@%6
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(School of Surveying Science and Technology, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an L&%%C6> China)
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基金项目
:国家自然科学基金资助项目(51674195)
$&;· ·
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