倾斜煤层长壁开采承压底板力学结构及渗流稳定性分析

倾斜煤层开采底板破坏易造成水资源流失甚至突水灾害问题,倾斜煤层产量在中国总产量中占有一定比例,因此,开展关于地面结构对地下开采响应稳定性的研究有重要意义。首先,通过分析底板应力状态与变形破坏规律,建立了双向线性载荷作用下四边固支倾斜层合板模型;然后,通过研究渗透系数与变形之间的关系得到渗流稳定性判别方法及条件,并通过工程案例确定了倾斜煤层保水开采的影响因素及其敏感性。倾斜煤层底板最大挠度工作面方向位于工作面中下部0.5864倍的工作面长度处,推进方向上位于0.5864倍的工作面推进距离处。通过正交试验分析得出底板挠度影响因素的显著性大小排序为:工作面长度>水压>推进度>地层倾角。层合板中上层层位边界为压应力区域,中部为拉应力区域,中下层层位则相反,剪应力分区域集中分布。工作面下侧区域各应力最大值均大于上侧区域的,表现出明显的非对称性。最后,确定了渗流稳定性评价指标及稳定条件:极限渗透系数(K_(li))与等效渗透系数(K_(eq))之比不小于1,即K_(li)/K_(eq)≥1。渗流稳定性影响因素的显著性大小为:水压>工作面长度>地层倾角,可为类似矿井的保水开采提供建议。