【摘 要】
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淮南矿区大部分煤层属于单煤层,工作面开采多为初次采动,对于初次采动的地表移动变形规律的研究已趋于成熟,而关于重复采动地表变形、覆岩位移和应力演化特征的研究相对较少。重复采动地表变形相比初次采动更加剧烈。研究重复采动条件下地表产生的裂缝的发育规律,可以丰富淮南矿区重复采动地表变形规律;研究工作面采宽、采厚的设计以实现减小覆岩运动剧烈程度,对类似地质采矿条件下重复采动工作面尺寸设计具有一定参考意义。结
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淮南矿区大部分煤层属于单煤层,工作面开采多为初次采动,对于初次采动的地表移动变形规律的研究已趋于成熟,而关于重复采动地表变形、覆岩位移和应力演化特征的研究相对较少。重复采动地表变形相比初次采动更加剧烈。研究重复采动条件下地表产生的裂缝的发育规律,可以丰富淮南矿区重复采动地表变形规律;研究工作面采宽、采厚的设计以实现减小覆岩运动剧烈程度,对类似地质采矿条件下重复采动工作面尺寸设计具有一定参考意义。结合11123工作面地质采矿条件、地表水文环境建立了重复采动地表移动变形观测站,通过对观测站进行高程观测、平面观测采集点位垂直位移、水平位移等基础数据,对地表垂直工作面推进方向范围内出现的地表裂缝进行周期性调查、测量,利用拐点理论对现场实测发现的地表裂缝发育规律进行辅助验证;结合11123工作面钻孔地质资料,利用FLAC3D软件建立1 1123工作面、11124工作面、11125工作面以及11223工作面的初始数值模型,研究不同煤层重复采动下、同一煤层重复采动下,11123工作面在不同采宽、采厚设计下,推进到330m、660m、990m、1320m时,覆岩位移、应力等特征的演化特征。综合上述现场实测、理论分析以及数值模拟等研究方法取得了以下成果:（1）综合11123工作面重复采动地质采矿条件以及工作面地表水文地质条件,建立了工作面地表移动变形观测站,为类似开采条件和地表地形环境的矿区工作面地表观测站设计提供了参考,同时为研究重复采动条件下地表变形规律提供了基础数据来源。（2）对前人的地表采动裂缝深度的实测方法进行了改进,使用石灰粉代替石灰浆作为追踪剂,有效避免了石灰浆灌入裂缝中发生渗流造成一定的测量误差。综合11123工作面3号倾向观测线的倾斜变形曲线特征点（倾斜变形最大点）和曲率变形特征点（曲率变形首次达到最大值后降为零的点）,确定了拐点位置。根据拐点位置的动态移动规律确定了工作面以外区域的拉伸-压缩变形分区,从而分析地表裂缝动态发育的时空演变规律。根据2019年3月21日-2019年12月24日期间绘制的6期倾斜变形曲线和曲率变形曲线可知,拐点位置经历了由最初位于MS58～MS59点之间,随后移动到MS57点,最后拐点停留在MS56点,说明过MS56点作平行于工作面的直线,以南区域为拉伸区,以北至工作面下山开采边界区域为先拉伸后压缩区。结合3个阶段现场调查和实测的3号倾向观测线附近裂缝发育情况可知,在该矿地质采矿条件及重复采动条件下,地表产生的位于先拉伸后压缩区间的裂缝发育是一个从产生到发育再到闭合的动态演变过程。（3）根据11123工作面附近钻孔地质资料,合理整合抽象原始地层并基于FLAC3D软件建立了共22分层的数值模型。分别研究了不同煤层重复采动和同一煤层重复采动时采宽、采厚作为影响因素,覆岩位移、应力特征的演化规律。主要通过分析不同煤层重复采动和同一煤层重复采动下,不同采宽、采厚设置在11123工作面推进330m、660m、990m、1320m四种模拟方案下覆岩位移、应力的演化特征。模拟实验结果表明:采宽对不同煤层重复采动和同一煤层重复采动条件下覆岩位移、应力演化特征影响较大;采厚对不同煤层重复采动和同一煤层重复采动覆岩位移应力特征演化影响较小不同煤层重复采动。图[52]表[5]参[72]
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