采空區(qū)煤柱下特厚煤層綜放采場覆巖結(jié)構(gòu)及運移規(guī)律研究.pdf

1、在煤層開采過程中，需要留設(shè)一些保護(hù)煤柱維持巷道和頂板的穩(wěn)定，但是不能否認(rèn)煤柱是煤炭開采的“萬惡之源”。采空區(qū)殘留煤柱對上導(dǎo)致頂板至地表圍巖不均勻沉降，對下引起底板應(yīng)力非均勻分布。對于下層煤開采而言，煤柱的應(yīng)力集中對下煤層具有較大的影響。采空區(qū)煤柱下層間巖層為30~80m時，對于普通工作面沒有明顯影響，但是對于14m以上的特厚煤層大采高綜放采場影響較為顯著。上覆采空區(qū)碎裂巖體在底部煤層大范圍開挖后，層間巖層自承能力不強，以某種碎裂結(jié)構(gòu)形式

2、傳遞載荷并作用在下覆基巖上。當(dāng)基巖不足以形成結(jié)構(gòu)時，上層采空區(qū)與下層采空區(qū)全貫通，導(dǎo)致工作面出現(xiàn)整體切落式壓架事故的發(fā)生。煤柱的集中應(yīng)力作用加劇了這種強礦壓顯現(xiàn)壓架事故的發(fā)生。
　　本文以斜溝煤礦13＃煤為具體工程背景，綜合理論分析、數(shù)值模擬、相似模擬以及實測等手段，研究上覆采空區(qū)巖層及煤柱變形、運移及破壞特征對下組厚煤層開采影響的煤巖移動規(guī)律，動態(tài)分析煤巖失穩(wěn)災(zāi)變過程，并尋求控制煤巖動力災(zāi)害的主控煤巖層及結(jié)構(gòu)形成與失穩(wěn)條件，探索

3、上層采空區(qū)煤柱與下層采空區(qū)全厚貫通切落壓架的條件并建立對應(yīng)的判斷準(zhǔn)則，以分析支架工作阻力確定原則和方法。得到以下主要結(jié)論：
　　（1）8＃煤層采空區(qū)主要以兩側(cè)采空區(qū)煤柱存在為主，煤柱對底板覆巖影響較大。煤柱在頂板載荷的作用下會產(chǎn)生變形破壞，直至喪失穩(wěn)定性?；诿褐鶚O限載荷、流變特性和突變理論對煤柱穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，最終求得煤柱的極限寬度為8.9m。小于臨界寬度時煤柱完全失穩(wěn)破壞；大于臨界寬度時將產(chǎn)生應(yīng)力集中。通過理論分析，建立不同的

4、力學(xué)模型，對煤柱應(yīng)力集中下底板的應(yīng)力傳播及破壞深度進(jìn)行研究。
　　（2）研究特厚煤層綜放開采礦壓規(guī)律，并對初次來壓、周期來壓垮落特征進(jìn)行分析，給出破斷距計算式。同時利用關(guān)鍵層判斷理論，將斜溝煤礦覆巖進(jìn)行關(guān)鍵層的判定。利用理論分析，對直接頂、基本頂和進(jìn)出煤柱階段覆巖的破壞運移過程進(jìn)行定性分析。
　　（3）對于采空區(qū)煤柱下層間巖層為55m的綜放工作面，出煤柱階段覆巖出現(xiàn)整體切落式破壞、會造成工作面壓架等災(zāi)害。煤柱寬度、煤柱間距以

5、及煤柱密度不同參數(shù)條件下，覆巖結(jié)構(gòu)的運移破壞及對底板伏巖的影響程度也不同。不同寬度單一煤柱下，煤柱越寬，對底板伏巖影響程度和區(qū)域也越大。對于多煤柱條件下，煤間距在一定范圍內(nèi)，可視為一個整體煤柱；當(dāng)煤間距等于某個值時，出現(xiàn)臨界值點，覆巖結(jié)構(gòu)由煤柱大的一側(cè)決定；當(dāng)煤間距大于某個值時，形成獨立的影響區(qū)域。同時依據(jù)模擬和試驗結(jié)果，建立力學(xué)模型，對壓架機理提出判斷準(zhǔn)則，并對煤柱影響區(qū)域?qū)挾冗M(jìn)行預(yù)測。
　　（4）對于煤柱下層間距為55m的綜放

6、工作面出現(xiàn)壓架的問題，主要集中于采空區(qū)貫通及出煤柱的位置。通過建立不同條件下的支架圍巖結(jié)構(gòu)模型，分析了采空區(qū)煤柱下特厚煤層開采的壓架機理，得到合理支架工作阻力計算方法。研究表明出煤柱階段，支架需要27766.4KN的工作阻力才能保證采場圍巖安全與穩(wěn)定?，F(xiàn)有支架很難滿足如此大的工作阻力，傳統(tǒng)只能通過調(diào)斜工作面、降低采高、加快推進(jìn)速度(只采不放)等被動措施保證采場圍巖的穩(wěn)定。
　?。?）提出采用深孔爆破煤柱或主控巖層的方法，通過主動改