特厚急倾斜煤层水平分层开采地表移动规律研究

我国特厚急倾斜煤层储量丰富，主要分布于窑街、华亭、靖远、乌鲁木齐等矿区，煤厚达100m以上，采煤方法采用水平分层开采。由于特厚急倾斜煤层水平分层开采采煤的特殊性及地质条件的复杂性，决定了其开采沉陷既不同于水平煤层开采也不同于急倾斜煤层顺层开采。对此，国内外研究很少，没有相应的预计方法，影响了现实问题的解决。.本课题拟采用现场观测、理论分析、模型实验、数值计算等多种研究手段，通过研究特厚急倾斜煤层水平分层开采顶、底板岩层垮落时序、移动方式和传播过程，揭示特厚急倾斜煤层水平分层开采岩层移动机理；通过研究加、卸载过程采场应力变化，揭示采动围岩从失稳到平衡的力学机理；根据水平采空区不同位置岩层介质移动的传播方向差别，揭示岩层移动与地表移动的关系，从而建立地表移动的预计模型。本研究不仅可补充开采沉陷理论，而且可为特厚急倾斜矿井安全生产和"三下"采煤提供依据。

我国急倾斜煤层矿区分布广泛。特厚急倾斜煤层主要采用水平分层法开采，该方法对覆岩及地表的影响方式和规律不同于倾斜分层与缓倾斜煤层开采。国内外对特厚急倾斜煤层水平分层开采的地表沉陷规律及其预计方法鲜有研究，影响了该条件下“三下”问题的解决。.本课题采用现场观测、理论分析、模型试验、数值计算等多种研究方法，对围岩移动和破坏的时序、方式、传播过程和分层开采岩层移动机理以及地表移动预计模型进行了研究。取得主要成果如下：.（1）通过实测，得到了水平分层开采地表最大下沉值主要取决于开采垂高，顶板侧外边缘以拉伸破坏为主，顶板边界角与移动角差别小的规律；总结了水平分层覆岩采动重复影响、地表移动变形剧烈、形成深长整体沉陷盆地的特征和移动变形分布规律。.（2）通过相似模型试验和数值模拟分析，揭示了特厚急倾斜煤层水平/斜切分层，浅部初采时覆岩呈不对称拱结构、破坏范围小并以沿采空区向上集中冒落，深部重复开采时顶板形成铰接岩梁结构、倾向上开采影响从法向到切向的变向传播机理和分布规律。.（3）提出了基于开采影响传播角变化的特厚急倾斜煤层水平/斜切分层开采沉陷预计模型，建立了相应的预计方法；提出了分层开采下沉系数的计算式。编制了相应的预测软件，实现了系统的模块化和可视化，并进行了应用验证。.（4）依据特厚急倾斜煤岩层移动传播特性，提出了仰式反斜开采岩层控制技术，通过该技术改变覆岩的垮落顺序和传播方向，减缓了顶板一侧的变形程度，缩小了地表影响范围，对地面建筑群、水体起到了延缓影响和有效的保护作用。.项目取得了创新性研究成果，为特厚急倾斜矿井安全生产和“三下”采煤提供了依据。.本课题全面完成了申报书提出的各项内容和指标。发表论文9篇，其中国际会议论2篇，国际期刊论文2篇，SCI收录2篇。取得发明专利1项。以本项目为平台，培养博士1名、硕士生2名。