淺埋煤層長壁開采頂板致災(zāi)機(jī)理及其控制研究.pdf

1、淺埋煤層普遍賦存于我國西部的內(nèi)蒙、陜西、山西、新疆等地區(qū)，這類煤層賦存儲量巨大，開采條件優(yōu)越。但在淺埋煤層的開采中，工作面頂板沿煤壁的切落下沉常引起壓架事故。雖然液壓支架支護(hù)阻力與強度已不斷增大，卻仍未從根本上解決淺埋深采場切頂壓架，這表明單純靠提高支架支護(hù)強度并不是科學(xué)有效的方法。
　　鑒于此，論文基于淺埋煤層開采技術(shù)條件，采用理論分析、力學(xué)解析、數(shù)值模擬、相似材料模擬、現(xiàn)場實測等綜合研究方法，針對淺埋深條件下覆巖結(jié)構(gòu)形式及力學(xué)

2、特征開展研究，分析頂板切落斷裂致災(zāi)機(jī)理，研究提出淺埋深工作面頂板控制技術(shù)原則，提出切頂災(zāi)害綜合控制技術(shù)。
　　論文的主要研究內(nèi)容與成果如下：
　　（1）淺埋煤層長壁開采條件下，圍巖應(yīng)力場中形成“承壓拱”應(yīng)力承載結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)隨著工作面推進(jìn)不斷發(fā)展變化，直至基巖層全部斷裂后發(fā)生失穩(wěn)；結(jié)合承壓拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，以承壓拱上所有截面的彎矩等于零為依據(jù)，建立承壓拱力學(xué)結(jié)構(gòu)模型，分析其在覆巖中的形態(tài)、位置參數(shù)，并得到其在極限狀態(tài)下的高度及

3、跨度計算方式；提出承壓拱的在覆巖中是以懸臂梁的力學(xué)形式存在。
　?。?）淺埋煤層長壁開采條件下，覆巖破斷形成“懸臂梁—鉸接巖梁”組合巖層結(jié)構(gòu)；其中，“懸臂梁”結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)其自身及覆蓋松散層載荷，其斷裂步距大于“鉸接巖梁”失穩(wěn)步距；“鉸接巖梁”結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)其自身及“懸臂梁”下方軟弱巖層載荷，其失穩(wěn)載荷通過直接頂作用于工作面支架上。
　?。?）基于對淺埋深長壁采場覆巖“懸臂梁—鉸接巖梁”組合巖層結(jié)構(gòu)的力學(xué)支撐系統(tǒng)穩(wěn)定分析，研究得

4、出“懸臂梁”斷裂形成的基巖層整體下沉，使鉸接巖梁結(jié)構(gòu)在煤壁處發(fā)生滑落失穩(wěn)是淺埋深條件下頂板切頂災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理。
　?。?）基于淺埋深長壁采場頂板切頂致災(zāi)機(jī)理研究成果，提出淺埋煤層長壁開采條件下的工作面切頂災(zāi)害控制原則：第一，盡量減緩基巖層整體切落下沉給工作面造成的載荷；第二，提高工作面支護(hù)能力，確?！般q接巖梁”結(jié)構(gòu)在回采期間的穩(wěn)定；第三，保持工作面合理較快推進(jìn)速度，控制“懸臂梁”結(jié)構(gòu)斷裂與工作面的相對位置。
　?。?）結(jié)合多