大傾角煤層長壁開采圍巖應力演化及結構穩(wěn)定性研究.pdf

1、大傾角煤層長壁開采過程中采場圍巖“關鍵域”的非確定性和“巖體結構”的“變異”是形成這類煤層開采巖層運動異常復雜且難以控制的關鍵。研究大傾角煤層長壁開采覆巖應力場形成及演化、巖體結構穩(wěn)定性，奠定大傾角煤層安全高效開采理論基礎，對豐富復雜埋藏條件煤層開采理論與技術具有重要意義。
　　本文采用物理相似模擬實驗、數(shù)值分析、理論分析、工程實踐等相結合的綜合研究方法，對大傾角煤層長壁采場覆巖運動破壞規(guī)律、應力場形成與演化特征、圍巖“關鍵域”轉

2、化與巖體結構穩(wěn)定性進行的系統(tǒng)研究表明：
　　大傾角煤層開采過程中，沿工作面走向頂板運移具有時序性、不均衡性，工作面上部區(qū)域頂板最先發(fā)生垮落，垮落步距最小，下部區(qū)域頂板最后發(fā)生垮落，垮落步距最大；沿工作面傾向頂板巖梁中上部位置首先出現(xiàn)離層、破壞，導致頂板垮落形態(tài)向上部區(qū)域偏移，呈現(xiàn)出非對稱拱形特征，垮落矸石沿工作面傾向滑移充填采空區(qū)，呈現(xiàn)下部充填壓實、中部完全充填、上部部分充填的分區(qū)特征。
　　大傾角煤層開采圍巖應力重新分布，

3、沿煤層走向呈對稱拱形特征，沿煤層傾向呈非對稱拱形特征，且受煤層傾角、采高等因素影響明顯。在采場四周煤巖體中形成支承壓力，且支承壓力分布形式、大小、峰值點距煤壁距離等具有分區(qū)特性。應力分布沿煤層走向和傾向的疊加，形成大傾角煤層開采采場圍巖空間應力拱殼。隨著工作面推進，應力拱殼不斷向采場四周煤巖體、上位巖層擴展，非對稱特性顯現(xiàn)程度增加。
　　大傾角煤層開采覆巖在“應力-冒落”雙拱作用下垮落形成非對稱“拱殼”形態(tài)，“拱殼”區(qū)域巖層對覆巖

4、活動起決定作用，稱為覆巖“關鍵域”。沿工作面傾斜方向“關鍵域”轉換導致形成層位不同，下部“關鍵域”向直接頂和偽頂巖層轉移，關鍵巖塊以直接垮落方式運移；中部“關鍵域”處于基本頂中下位巖層中，關鍵巖塊運移方式為一次回轉垮落；上部“關鍵域”向基本頂上位巖層中轉移，關鍵巖塊運移方式為二次回轉垮落。沿工作面傾斜方向“關鍵域”關鍵巖塊相互作用，形成傾向“梯階”結構。不同區(qū)域不同位置“關鍵域”關鍵巖塊的破壞失穩(wěn)，引起覆巖空間“拱殼”結構動力失穩(wěn)，“拱

5、殼”結構失穩(wěn)分為工作面上部區(qū)域殼基位置、殼肩位置、殼頂位置，工作面中部區(qū)域殼基位置、殼肩位置，工作面下部區(qū)域殼基位置等六個區(qū)域，“關鍵域”巖體結構變異導致工作面上部區(qū)域出現(xiàn)的高位失穩(wěn)產生沖擊性來壓，工作面中下部區(qū)域低位失穩(wěn)出現(xiàn)推垮型事故。
　　針對棗泉煤礦120210大傾角工作面綜放開采條件，分析采場“關鍵域”巖體結構失穩(wěn)機制，建立以“支護系統(tǒng)工作阻力分區(qū)域控制技術、頂煤放出量分區(qū)域控制技術、工作面傾斜全長與區(qū)域分割相結合的全方位