極近距離煤層開采圍巖控制理論及技術(shù)研究.pdf

1、由于成煤條件的不同，煤層的賦存條件各異。煤層厚度從零點幾米到上百米，可采層數(shù)從一層到數(shù)十層，層間距離大小不等，有時還出現(xiàn)煤層局部合并或分岔現(xiàn)象。煤層層間距離不同，相互間開采的影響程度各異。當(dāng)煤層層間距離較大時，上部煤層開采后對下部煤層的開采影響程度很小，其礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，開采方法不受上部煤層開采影響。但是，隨著煤層間距離減小，上下煤層間開采的相互影響程度會逐漸增大，特別是當(dāng)煤層間距很近時，下部煤層開采前頂板的完整程度已受上部煤層開采損傷影

2、響，其上又為上部煤層開采垮落的矸石，且上部煤層開采后殘留的區(qū)段煤柱在底板形成的集中壓力，導(dǎo)致下部煤層開采區(qū)域的項板結(jié)構(gòu)和應(yīng)力環(huán)境發(fā)生變化。從而使下部煤層開采與單一煤層開采相比出現(xiàn)了許多新的礦山壓力現(xiàn)象。主要表現(xiàn)在下部煤層開采時，極易發(fā)生項板冒漏，嚴(yán)重時造成支架壓埋；當(dāng)與上部煤層采空區(qū)溝通，造成工作面漏風(fēng)，易形成火災(zāi)隱患；巷道布置和支護(hù)方式盲目性較大，巷道的礦山壓力顯現(xiàn)十分明顯，巷道支護(hù)困難。而現(xiàn)有單一煤層開采頂板巖層控制理論和經(jīng)驗，不能

3、很好地解釋這種礦壓現(xiàn)象及機理。在極近距離煤層開采的過程中，存在許多技術(shù)難題。 在我國近距離煤層賦存和開采所占比重很大，大多礦區(qū)都存在近距離煤層群開采的問題。目前，單一煤層開采圍巖活動規(guī)律和控制的理論和實踐研究已經(jīng)有了很大進(jìn)展，然而對近距離煤層開采研究相對較少，特別是極近距離煤層的開采技術(shù)的系統(tǒng)研究更少，有關(guān)極近距離煤層開采研究主要是實踐性和經(jīng)驗性的定性總結(jié)。 論文以大同礦區(qū)下組煤層群開采為主要研究對象，采用現(xiàn)場實測、理論

4、分析、數(shù)值模擬計算和工業(yè)性試驗等方法，對極近距離煤層的定義、極近距離煤層頂板分類、下部煤層開采礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律、工作面項板控制，合理巷道位置及開采技術(shù)保障體系等幾方面做了探索性研究。主要研究成果如下: (1)針對長壁工作面開采，運用彈塑性理論、滑移線場理論，結(jié)合上部煤層開采頂板垮落特點及應(yīng)力分布規(guī)律推導(dǎo)出上部煤層底板損傷深度，給出了極近距離煤層的定義和判距。并結(jié)合大同礦區(qū)下組煤層群賦存和開采條件，進(jìn)行極近距離煤層實例判別。

5、 (2)確定了以屈服比作為極近距離下部煤層頂板分類主要指標(biāo)，對極近距離煤層頂板進(jìn)行了分類(夾石假頂、碎裂頂板、塊裂項板)。 (3)以大同礦區(qū)為例，通過現(xiàn)場實測和數(shù)值模擬分析的方法，揭示了極近距離下部煤層開采工作面礦壓顯現(xiàn)的基本特征和規(guī)律，為探討極近距離下部煤層開采覆巖結(jié)構(gòu)形式及采場圍巖控制提供可靠的現(xiàn)實和理論基礎(chǔ)。 (4)針對極近距離煤層開采時頂板的結(jié)構(gòu)特點，構(gòu)建了下部煤層開采為散體邊界條件的“塊體一散體"項板結(jié)構(gòu)模型

6、，運用塊體和散體理論，對極近距離下部煤層開采頂板巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。揭示了極近距離下部煤層開采頂板易于冒落的機理，并從理論上研究了極近距離下部煤層工作面支架載荷的確定方法。為下部煤層開采采場圍巖控制提供了理論基礎(chǔ)。 (5)運用理論和數(shù)值模擬分析的方法，研究了極近距離煤層開采煤柱穩(wěn)定性和煤柱載荷在底板煤(巖)層中的非均勻應(yīng)力分布規(guī)律；理論分析了巷道在非均勻應(yīng)力場中，支護(hù)體結(jié)構(gòu)更易出現(xiàn)局部過載，產(chǎn)生局部破壞，最終可能導(dǎo)致支護(hù)體結(jié)

7、構(gòu)失穩(wěn)的原因；提出了極近距離下部煤層回采巷道的合理位置確定方法。并通過現(xiàn)場實踐進(jìn)行驗證。 (6)針對極近距離下部煤層項板受上部煤層采動損傷影響，項板破碎，易漏冒頂，嚴(yán)重時造成支架壓埋，漏風(fēng)嚴(yán)重，易形成火災(zāi)等不安全隱患問題。采用現(xiàn)場實踐的方法確定了項板加固及漏頂充填技術(shù)、巷道合理斷面形狀與支護(hù)參數(shù)、工作面初末采空間控制及工藝、工作面超前支護(hù)方式以及泄壓通風(fēng)系統(tǒng)、汽霧阻化防火等安全保障體系。形成了一套較為完善的極近距下部煤層開采輔助