復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄煤開(kāi)采巖層控制基礎(chǔ)理論研究.pdf

1、復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄采殘煤在我國(guó)許多礦區(qū)廣泛賦存，其儲(chǔ)量可觀，具有良好的開(kāi)采價(jià)值。近年來(lái)，越來(lái)越成為廣大研究學(xué)者和工程技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。受上下煤層多重柱式開(kāi)采的疊加影響，復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤開(kāi)采時(shí)的礦壓顯現(xiàn)特征、采場(chǎng)巖層的移動(dòng)變形、可行性判定和礦壓控制技術(shù)等與傳統(tǒng)的殘采區(qū)上行開(kāi)采、保護(hù)層卸壓開(kāi)采、解放層卸壓開(kāi)采和近距離煤層群開(kāi)采等相比均具有較大的差異性和明顯的特殊性；資源整合推進(jìn)以來(lái)，許多礦區(qū)生產(chǎn)實(shí)踐中紛紛面臨著復(fù)合刀柱式殘采

2、區(qū)中部整層棄煤的開(kāi)采問(wèn)題，卻缺乏成熟的理論體系與成套的技術(shù)方法來(lái)科學(xué)地指導(dǎo)其安全開(kāi)采。因此，迫切需要深入、系統(tǒng)地開(kāi)展復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄煤開(kāi)采巖層控制基礎(chǔ)理論的研究。
　　本文選取山西焦煤集團(tuán)公司西山煤電白家莊煤礦復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部棄采的7號(hào)殘煤為研究對(duì)象，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析、相似模擬和數(shù)值模擬等研究方法，研究復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄煤開(kāi)采采場(chǎng)巖層的應(yīng)力分布、移動(dòng)變形和結(jié)構(gòu)方式的時(shí)空演化規(guī)律，分析復(fù)合殘采區(qū)遺留煤

3、柱（群）的穩(wěn)定性，探討復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄煤開(kāi)采可行性的判定理論與方法，進(jìn)而形成指導(dǎo)中部整層棄煤安全高效開(kāi)采的巖層控制理論。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　?。?）復(fù)合刀柱開(kāi)采對(duì)采場(chǎng)巖層應(yīng)力分布的影響主要表現(xiàn)為：應(yīng)力分布經(jīng)歷了“原始平衡態(tài)——初始波態(tài)平衡——新波態(tài)平衡”的轉(zhuǎn)換與演化；中部殘煤開(kāi)采過(guò)程中采場(chǎng)巖層應(yīng)力場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律為：采場(chǎng)工作面兩側(cè)支承壓力會(huì)逐漸聚集與疊加，而其中部則表現(xiàn)出明顯的卸壓效應(yīng)。
　?。?）復(fù)合刀柱

4、開(kāi)采對(duì)采場(chǎng)巖層移動(dòng)變形的影響主要表現(xiàn)為：移動(dòng)變形經(jīng)歷了“原始靜態(tài)——‘VVVV’態(tài)——新‘VVVV’態(tài)”的轉(zhuǎn)換與演化；中部殘煤開(kāi)采過(guò)程中采場(chǎng)巖層變形場(chǎng)的時(shí)空演化規(guī)律為：采場(chǎng)頂板巖層的垂直位移會(huì)明顯增大，而其底板巖層的垂直位移由于底鼓效應(yīng)會(huì)微弱減小。
　　（3）復(fù)合刀柱開(kāi)采對(duì)采場(chǎng)巖層結(jié)構(gòu)形式的影響主要表現(xiàn)為：刀柱開(kāi)采后，采場(chǎng)巖層結(jié)構(gòu)形式主要由下部煤層殘采區(qū)直接頂上方起承載作用的“承載層”組成，其力學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為等效彈性受壓直桿（群

5、）上受均布載荷的矩形平板，可以通過(guò)計(jì)算彈性受壓直桿上矩形平板的強(qiáng)度，分析和判別承載層的穩(wěn)定性；復(fù)合刀柱開(kāi)采以后，采場(chǎng)巖層的結(jié)構(gòu)形式主要由上位層間巖層中起控制作用的“控制層”組成，其力學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為等效彈性受壓直桿群（上）四邊固支受集中載荷的矩形平板，運(yùn)用載荷疊加法可以計(jì)算四邊固支受集中載荷彈性矩形平板撓度，進(jìn)而分析控制層的穩(wěn)定性。中部殘煤開(kāi)采過(guò)程中采場(chǎng)巖層的結(jié)構(gòu)主體由“上控制層+下承載層”組成，其宏觀整體性和連續(xù)性基本能夠保持。

6、>　?。?）運(yùn)用極限強(qiáng)度理論的分析結(jié)果知，當(dāng) fs﹥1.5時(shí)，復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱（群）的穩(wěn)定性良好；運(yùn)用漸進(jìn)破壞理論的分析結(jié)果知，當(dāng)復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱（群）中彈性區(qū)域的寬度a2滿足a2﹥0.65a或1-2a1/a﹥0.65時(shí)，其能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，反之則不然；運(yùn)用尖點(diǎn)突變理論的分析結(jié)果知，復(fù)合殘采區(qū)遺留煤柱（群）屈服區(qū)域的寬度與煤柱寬度的比值大于88.08％時(shí)，才會(huì)發(fā)生突變失穩(wěn)破壞。
　?。?）基于“上控制層+下承載層”的巖層結(jié)構(gòu)，