復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄煤開采巖層控制基礎(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許多礦區(qū)廣泛賦存，其儲量可觀，具有良好的開采價(jià)值。近年來，越來越成為廣大研究學(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采的疊加影響，復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤開采時(shí)的礦壓顯現(xiàn)特征、采場巖層的移動變形、可行性判定和礦壓控制技術(shù)等與傳統(tǒng)的殘采區(qū)上行開采、保護(hù)層卸壓開采、解放層卸壓開采和近距離煤層群開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，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)中部整層棄煤的開采問題，卻缺乏成熟的理論體系與成套的技術(shù)方法來科學(xué)地指導(dǎo)其安全開采。因此，迫切需要深入、系統(tǒng)地開展復(fù)合刀柱式殘采區(qū)中部整層棄煤開采巖層控制基礎(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號殘煤為研究對象，綜合運(yùn)用現(xiàn)場調(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)中部整層棄煤開采采場巖層的應(yīng)力分布、移動變形和結(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采的巖層控制理論。主要研究內(nèi)容及成果如下：
　?。?）復(fù)合刀柱開采對采場巖層應(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；中部殘煤開采過程中采場巖層應(yīng)力場的時(shí)空演化規(guī)律為：采場工作面兩側(cè)支承壓力會逐漸聚集與疊加，而其中部則表現(xiàn)出明顯的卸壓效應(yīng)。
　?。?）復(fù)合刀柱

4、開采對采場巖層移動變形的影響主要表現(xiàn)為：移動變形經(jīng)歷了“原始靜態(tài)——‘VVVV’態(tài)——新‘VVVV’態(tài)”的轉(zhuǎn)換與演化；中部殘煤開采過程中采場巖層變形場的時(shí)空演化規(guī)律為：采場頂板巖層的垂直位移會明顯增大，而其底板巖層的垂直位移由于底鼓效應(yīng)會微弱減小。
　?。?）復(fù)合刀柱開采對采場巖層結(jié)構(gòu)形式的影響主要表現(xiàn)為：刀柱開采后，采場巖層結(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)合刀柱開采以后，采場巖層的結(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。中部殘煤開采過程中采場巖層的結(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)，