1绪论
1．1问题的提出与研究意义
1．2国内外研究现状与存在问题
1．3研究目标与研究内容
2研究区域煤岩层地质特征
2．1研究区域概况
2．2煤层
2．3厚松散层薄基岩特征
2．4条带开采下关键层破断特征
2．5本章小结
3条带开采下覆岩运动规律相似材料物理模拟试验
3．1相似材料物理模拟试验设计
3．2试验设备及模型制作
3．3模型位移测点布置
3．4试验数据采集与分析系统
3．5试验要求
3．6试验结果及分析
3．7本章小结
4覆岩活动及地表变形规律数值模拟研究-
4．1 FLAC软件简介
4．2数值模拟模型建立
4．3条带采空区下煤层开采覆岩运动及地表沉陷规律
4．4 10号煤层开采合理区段煤柱尺寸研究
4．5黄土层及基岩厚度对地表变形规律的影响
4．6本章小结
5条带开采下煤层开采覆岩结构力学研究
5．1初次来压力学分析
5．2周期来压力学分析
5．3覆岩载荷确定
5．4本章小结
6条带开采下工作面支架合理支护阻力研究
6．1非均布载荷下初次来压关键层受力结构及支架合理支护阻力
6．2非均布载荷下周期来压关键层受力结构及支架合理支护阻力
6．3本章小结
7工程应用
7．1地表变形实测
7．2支架合理支护阻力确定
7．3本章小结
参考文献
1 绪论
1．1 问题的提出与研究意义
我国煤炭资源丰富，目前已经探明的煤炭资源量约为1．48×10地t口]，且煤炭作为我国经济和社会发展的主体能源，在我国一次能源消耗中一直处于支配地位，但目前我国煤炭采出率相对偏低，仅为40 9／6～60％陋引，“三下”压煤采出率低是其主要原因之一。为了控制地表沉陷，条带开采因具有既能够控制开采成本，又能够保护地表建筑物的优点，在我国“三下”采煤中得到了广泛应用。随着我国东部地区煤炭资源的枯竭，中部地区资源与环境约束的矛盾加剧，充填开采m和宽条带开采m。。’逐渐成为建(构)筑物下采煤减小沉陷的研究热点。
随着开采强度的不断加大，中东部矿区第一层主采煤层已基本开采完毕，大部分矿区已进行第二、三层主采煤层的开采，甚至少数矿区开采深度已超过千米。由于上部煤层采用条带开采且上下煤层间距较小，上覆条带采空区和留设煤柱势必造成下伏煤层开采受力不均匀、局部范围存在应力集中的现象，从而造成工作面来压异常。若支架选型仍按常规设计的话，则容易造成支架压架、损坏等事故，从而威胁下煤层安全开采。目前，国内外学者在条带开采技术方面做了大量的研究，尤其在条带开采地表变形、煤柱合理尺寸以及煤柱强度等方面进行了大量的基础研究与现场实践，取得了丰富的研究成果∞。蚓，但大多数研究成果主要集中在条带开采煤层本身，有关下伏煤层开采工作面应力、覆岩活动及地表沉陷规律的研究相对较少。随着煤炭资源的大规模开采，条带采空区下煤层长壁开采的情况将越来越多，迫切需要加强相关基础研究。
在条带采空区下进行近距离煤层长壁开采时，主要存在以下几个方面问题：(1)由于采空区空间的增加，采动覆岩移动范围增大，在大空间开采与重复采动扰动条件下覆岩的移动特征如何?(2)在上覆采空区与留设煤柱下，下伏关键层应力如何分布，应力集中情况如何?(3)下伏长壁工作面初次来压步距及周期来压步距如何计算?(4)下伏工作面来压时支架工作阻力如何设计与确定?(5)在集中应力与采动应力双重作用条件下，覆岩活动与地表沉陷规律将如何变化?(6)上煤层工作面留设的煤柱是否与下伏关键层同时切落，关键层滑落失稳是否会造成液压支架压架事故?
本书拟在上述领域进行有益尝试，具有一定的前瞻性和理论价值及实践意义。研究成果将进一步充实条带采空区下煤层开采顶板控制理论、丰富岩层移动理论知识体系，为矿区安全高回收率开采煤炭资源奠定理论基础及提供技术支持，同时可为“三下”开采控制地表沉陷等提供理论借鉴。
1-2国内外研究现状与存在问题
1．2．1 覆岩活动规律及控制研究现状
1916年，德国学者斯托克(K．Stoke)提出悬臂梁理论，有效地解释了采场周期来压现象；1928年，德国学者哈克(w．Hack)和吉里策尔(G．Giuitzer)等提出压力拱假说20世纪50年代初，比利时学者拉巴斯(A．Labasse)提出预成裂隙假说，该假说揭示了煤层及其顶板预生裂隙的产生机理口引。
此外，A．SiriVardane[3…、L．Woodn叩分析了采动覆岩的垮落条件和垮落高度、覆岩产生离层裂缝的力学条件及离层裂缝的位置和高度等；M．Karmis等…]、G．I_tasenfus等m’和V．Palehikn阳研究了覆岩采动裂隙动态分布规律，认为长壁开采覆岩存在三个不同的移动带；L．}tollan胡对水体下煤层开采的岩层移动规律进行了研究和探索；英国和美国主要采用房柱式采煤方法来控制地表沉陷m。。’；印度和南美采用房柱式开采，在覆岩稳定性方面进行了研究。钉；苏联学者B．且．斯列萨列夫提出用等效梁代替板，并给出了近似计算方法‘
国内学者对煤炭开采所引起的覆岩结构动态演化及破坏特征进行了大量的基础研究和工程实践，针对采动覆岩结构提出了多种理论，具有代表性的有砌体梁理论、关键层理论及传递岩梁理论等。
钱鸣高院士提出了砌体梁与岩层控制的关键层理论，该理论较为系统地阐述了覆岩中的载荷分布规律、关键层的初次破断及周期性破断规律，建立了砌体梁结构力学模型，并给出了关键层块体铰接结构的失稳判别方法；同时也研究了关键层破断下沉对工作面矿压显现、覆岩运移及地表沉陷的影响。该理论在我国岩层移动与控制方面取得了良好的实际应用效果‘。。也]。
宋振骐院士提出了传递岩梁理论‘∞“引，给出了采场周期来压的运移步距计算方法，有效地指导了矿山安全生产，对地下开采引起的部分矿山地质灾害起到了作用。
另外，国内学者¨‘删根据不同开采条件提出了一些假说和理论，进一步丰富了岩层控制理论。如刘天泉院士等提出了“上三带”理论，并形成了以“上三带”理论为基础的顶板控制预测技术；吴绍倩等运用能量守恒原理解决了一些矿山压力问题；靳钟铭等针对采场坚硬顶板问题提出了悬梁结构；贾喜荣等运用薄板理论分析了采场矿山压力。
目前，与本书相关的具体研究成果主要体现在以下三个方面：
(1)初次采动覆岩结构及其稳定性控制机理
①以华东各大矿区长壁采场为主要试验基地，在关键层、传递岩梁等理论的基础上，研究了采场覆岩的破断规律，并提出了各种条件下工作面顶板结构。代表性的成果有曹树刚口。。提出的“复合压力拱”结构、靳钟铭等‘’’’提出的“拱式和半拱式”结构、古全忠等m’提出的“拱一梁”结构、张顶立等m。‘’提出的“半拱”结构、翟英达等m’提出的“面接触块体，，结构、......
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