采空區(qū)下層間巖層及其垮落對(duì)特厚煤層開采的影響規(guī)律.pdf

1、隨著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，淺埋深條件下的工作面已經(jīng)逐漸萎縮。隨著開采深度的增加，采空區(qū)下賦存的單一煤層厚6～25m及以上的特厚煤層開采紛紛展開。以大同礦區(qū)為例，該礦區(qū)主要賦存有侏羅系與石炭系雙系特厚煤層。石炭系特厚煤層開采后覆巖發(fā)生運(yùn)動(dòng)和破壞，引起侏羅系已經(jīng)穩(wěn)定的采空區(qū)覆巖再次發(fā)生移動(dòng)。當(dāng)下層特厚煤層與上覆采空區(qū)之間的層間巖層為30～80m時(shí)，對(duì)于普通工作面，下行開采不會(huì)有明顯的安全問題，但是對(duì)于采空區(qū)下14m以上的特厚煤層斷裂帶將直接貫

2、通采空區(qū)，屬于薄基巖近距離煤層開采。上覆采空區(qū)碎裂巖體在其底部煤層大范圍開挖后，自承能力不強(qiáng)，以某種碎裂結(jié)構(gòu)形式傳遞載荷并作用在下伏基巖上。當(dāng)基巖不足以形成結(jié)構(gòu)時(shí)，上層采空區(qū)與下層采空區(qū)全厚貫通，工作面將出現(xiàn)全厚切落式壓架事故，工作面頂板很難具有可控性。
　　采空區(qū)下特厚煤層大采高綜放采場(chǎng)上覆巖層的結(jié)構(gòu)將形成一種近似于淺埋深而又非淺埋深、似厚沖積層而又非厚沖積層的的結(jié)構(gòu)，其采場(chǎng)覆巖結(jié)構(gòu)有其自身的特殊性。本文通過對(duì)采空區(qū)下特厚煤層開

3、采過程中的覆巖進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，利用相似模擬、數(shù)值模擬以及理論分析等手段進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)分析煤巖失穩(wěn)災(zāi)變過程，結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究在不同厚度及巖性的層間巖層條件下的采場(chǎng)覆巖結(jié)構(gòu)及垮落特征，分析采空區(qū)下特厚煤層大采高綜放開采上覆巖層結(jié)構(gòu)形式及力學(xué)傳遞機(jī)理與變形失穩(wěn)條件，尋求控制煤巖動(dòng)力災(zāi)害的主控煤巖層及結(jié)構(gòu)形成與失穩(wěn)條件；分析上層采空區(qū)與下層采空區(qū)全厚貫通切落壓架的條件并建立對(duì)應(yīng)判斷準(zhǔn)則，分析支架工作阻力確定原則和方法。得出主要結(jié)論如

4、下：
　?。?）從層間巖層結(jié)構(gòu)垮落是否對(duì)下層煤開采有直接影響的角度分析，將下層煤垮落帶是否與上層煤采空區(qū)貫通作為近距離煤層的界限。針對(duì)采空區(qū)下15m特厚煤層而言，堅(jiān)硬層間巖層厚度小于60m時(shí)，屬于較薄巖層，松軟巖層層間巖層厚度小于15m時(shí)，屬于較薄巖層。以斜溝煤礦為例，層間巖層小于56m時(shí)，屬于較薄層間巖層。
　　（2）當(dāng)層間巖層較薄時(shí)，層間巖層垮落時(shí)是以塊體結(jié)構(gòu)的形式垮落，上覆巖層是以“拱結(jié)構(gòu)”的形式垮落；當(dāng)層間巖層較厚時(shí)

5、，層間巖層是以“拱結(jié)構(gòu)”的形式垮落。層間巖層較薄時(shí)的頂煤初次垮落、直接頂初次垮落和基本頂初次來壓、液壓支架最大工作阻力等出現(xiàn)的要相對(duì)較早，但對(duì)周期來壓步距、頂煤垮落角、直接頂垮落角、基本頂垮落角以及矸石堆積角以及垮落巖體充填滿采空區(qū)時(shí)工作面推進(jìn)的距離等影響不大。
　?。?）堅(jiān)硬頂板條件下的應(yīng)力變化趨勢(shì)與松軟頂板條件下的應(yīng)力變化趨勢(shì)大致相同，但其峰值等應(yīng)力值稍大于同等條件下的松軟頂板的應(yīng)力峰值等應(yīng)力值。
　?。?）分析得出了采