復合巖層條件下保護煤柱合理尺寸研究與應用.pdf

1、在煤礦開采過程中，為提高煤炭資源的回收率，當?shù)V區(qū)地表層存在較發(fā)達的公路系統(tǒng)時，工作面將不可避免的布置在高速公路下側。為保證煤炭的安全高效生產以及高速公路的正常運行，對高速公路保護煤柱合理尺寸的研究至關重要。
　　煤炭在回采過程中，由于采空區(qū)的影響，引起項板的垮落和上覆巖層的移動，并最終波及到地表，表土層的下沉引起建筑物的破壞。通常情況下，合理的留設保護煤柱尺寸可有效降低地表的下沉量，而地表的下沉影響范圍又與巖層移動角有關。本文在重

2、點研究巖層移動角對上覆巖層移動影響的基礎上，對三元煤業(yè)1312工作面合理保護煤柱留設進行了研究，研究結論主要如下:
　　(1)在分析礦區(qū)井田地質的基礎上，結合關鍵層理論和薄板理論得出上覆巖層的理論下沉模型為橢圓形盆地，巖層中的關鍵層對上覆巖層的移動起主要控制作用。上覆巖層通過在關鍵層中形成應力平衡拱結構，將上部荷載轉移到兩側煤柱，來實現(xiàn)對巖層移動的控制。
　　(2)通過分析得出巖層移動角的大小決定了上覆巖層移動范圍和下沉程度

3、，其中巖層移動角的主要影響因素有:圍巖性質，煤層埋深，回采厚度，煤層傾角，采空區(qū)處理方法，覆巖斷層。本文主要通過現(xiàn)場觀測和數(shù)據(jù)分析得出巖層移動角的大小。
　　(3)通過對相鄰三元煤業(yè)1310工作面地表觀測數(shù)據(jù)的分析得出了該礦區(qū)煤層大體變形規(guī)律:煤層沿傾向的最大下沉值為3696mm，傾斜值為34.4mm/m，曲率值為0.4～-0.9×10-3/m，水平移動值為1087mm，水平變形值為10.4～29.5mm/m。煤層沿走向方向的最大

4、下沉值為4298mm，傾斜值為29.6mm/m，曲率值為0.3～-0.4×10-3/m，水平移動值為956mm，水平變形值為5.7～-8.2mm/m。從中可以得出該工作面的采動條件為非充分采動，走向方向下沉量較大，最大下沉點為采空區(qū)中央位置，下沉拐點在偏向采空區(qū)的邊界上方，下沉盆地邊緣為應力拉伸區(qū)，中部為壓縮區(qū)。通過對觀測數(shù)據(jù)的反向計算得出表土移動角ψ=55°，走移向動角δ=55°，下山移動角β=65°，上山移動角γ=66°。
　

5、　(4)根據(jù)高速公路的保護等級為Ⅰ級，確定圍護帶寬度應為20m，在確定上覆巖層移動角參數(shù)的基礎上，采用改進垂線法計算出1312工作面保護煤柱兩側寬度至少為246.5m。通過結合三元煤業(yè)1312工作面實際地質情況，采用FLAC3D數(shù)值模擬，得出不同松散層厚度和不同工作面寬度條件下上覆巖層的移動變形規(guī)律。隨著散采比和工作面寬度的增加，地表最大下沉值，下沉系數(shù)，地表影響范圍都呈增大趨勢。并得出當表土層厚度為180m，工作面寬度為200m條件下