煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采覆岩结构及其移动规律研究

随着煤矿采深增加，许多煌斑岩层状大面积侵入条件下超过20m的特厚煤层综放开采纷纷展开，而生产实践证明，传统的矿压理论已不能很好的指导生产。项目拟采用实验研究、理论分析、数值模拟、数字全景成像技术现场实测、矿压观测等多种手段相结合的方法，对煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采覆岩结构及其移动规律进行研究。应用岩体力学、弹塑性力学和结构力学等理论，在相似模拟和数值模拟的基础上，研究煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采的支架围岩关系与上覆岩层结构，分析其力学传递规律与动态变形特征，进而通过理论分析与数字全景成像技术现场实测、矿压观测相结合的方法建立煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采覆岩移动变形规律的预测模型。该研究为综放开采的基础研究，可为特厚煤层回采提供理论依据和技术支持，具有重要的理论意义与学术价值。这种煤层在国内分布较广泛，因此本项目具有广泛的应用价值和广阔的应用前景。

受煌斑岩层状大面积侵入的影响，特厚煤层综放采场上方煤岩层的赋存特征和力学特性产生明显变化，煤层开采过程中上覆岩层的结构演化和运移规律与普通特厚煤层综放工作面相比存在明显差异。传统的矿压理论已不能很好的指导生产，急需提出全新的适用于该条件的矿压理论。项目采用试验研究、理论分析、数值模拟、数字全景成像技术现场实测、矿压观测等多种手段相结合的方法，对煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采覆岩结构及其移动规律进行研究。应用岩体力学、弹塑性力学和结构力学等理论，在相似模拟和数值模拟的基础上，研究煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采的支架围岩关系和上覆岩层结构，分析其力学传递规律与动态变形特征，进而建立煌斑岩层状大面积侵入条件下特厚煤层综放开采覆岩移动变形规律的预测模型。研究结果表明：（1）煌斑岩侵入煤岩层后，形成较多的原生节理，并在构造作用下形成了剪节理； （2）自然状态煌斑岩强度较高，其单轴抗压强度平均值为114.53MPa，单轴抗拉强度平均值为8.63MPa，而遇水后煌斑岩强度明显降低，其软化机理为水-岩作用下煌斑岩矿物集合体微观结构和矿物成分发生的物理变化和化学反应对矿物集合体结构的破坏；（3）坚硬的煌斑岩岩层在特厚煤层开采过程中对上覆岩层起明显的控制层作用，破断后形成典型的悬臂结构，受煌斑岩悬臂结构的影响，采场上覆岩层结构经历了“下悬上铰”、“下悬上砌”、“下拱上砌”的演化过程，而上述岩层结构的失稳是造成工作面矿压异常显现的重要原因；（4）煌斑岩岩层侵入顶板不同层位时，形成的控制层结构形式有所不同，对上覆岩层的移动变形的控制效果也不同，基于Burgers流变模型，对形成不同结构形式的控制层变形进行分析，得到煌斑岩控制层作用下的上覆岩层移动隐式预测模型；（5）在同煤集团塔山矿实施数字全景成像实测，通过对电视钻孔数据分析，得到工作面与钻孔相对位置和塌落高度的关系曲线。实测结果显示，上覆岩层的最大破坏高度达350m，距离工作面50m和200m层位的岩层出现明显离层，表明此层位存在控制层。上述研究作为综放开采的基础研究，可为特厚煤层回采提供理论依据和技术支持，具有重要的理论意义与学术价值。这种煤层在国内分布较广泛，本项目研究成果具有广泛的应用价值和广阔的应用前景。