水體下急傾斜煤層充填開采覆巖穩(wěn)定性及合理防水煤柱研究.pdf

1、急傾斜煤層開采上覆巖層破壞和裂隙向上擴展,以及留設(shè)的防水煤(巖)柱在水體壓力和礦山壓力作用下產(chǎn)生塑性破壞和發(fā)生抽冒,均是水體下急傾斜煤層開采存在安全隱患的影響因素。充填開采是水體下煤炭資源安全回采的有效措施,因此,研究水體下急傾斜煤層充填開采突水防治的關(guān)鍵技術(shù),對于我國急傾斜煤層的安全高效開采具有重要的現(xiàn)實意義和理論價值。
　　采用離散元數(shù)值計算和相似材料模擬試驗研究表明,當(dāng)急傾斜煤層上覆巖層無關(guān)鍵層和覆巖結(jié)構(gòu)組合為隔水-結(jié)構(gòu)關(guān)鍵

2、層時,覆巖導(dǎo)水裂隙均呈“耳型”分布;當(dāng)上覆巖層存在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層和覆巖結(jié)構(gòu)組合為結(jié)構(gòu)-隔水關(guān)鍵層時,導(dǎo)水裂隙以平行于巖層層面的離層裂隙為主,堅硬頂板的初次破斷對急傾斜煤層導(dǎo)水裂隙發(fā)育演化有較大影響。同時,急傾斜煤層充填開采能有效降低采場頂?shù)装鍑鷰r向采空區(qū)自由面運動的趨勢,并隨充填空間和充填體強度的增大,覆巖裂隙分布范圍呈減小趨勢。
　　根據(jù)急傾斜煤層充填開采頂板巖梁的受力狀態(tài),建立了急傾斜煤層充填開采力學(xué)模型,分析得出急傾斜煤層充填開

3、采可以有效降低頂板巖層的彎曲變形撓度,防止頂板巖梁產(chǎn)生受拉破壞、剪切破斷和切向滑移整體破壞,減小防水煤柱的應(yīng)力集中程度和抽冒范圍,以及降低急傾斜煤層開采底板巖層的卸載區(qū)、支承壓力區(qū)范圍和底板巖層移動,進而提出水體下急傾斜煤層充填開采采場圍巖控制機理。
　　依據(jù)防水煤柱的邊界條件和受力特征,考慮原巖水平應(yīng)力對急傾斜煤層開采的影響,確定了水體下急傾斜煤層防水煤柱尺寸的計算方法。采用流固耦合數(shù)值分析表明,隨著急傾斜煤層采厚的增大、煤體強

4、度的降低以及覆巖存在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵層和頂板巖梁的破斷旋轉(zhuǎn),均導(dǎo)致防水煤柱的抽冒范圍增大。同時,切向應(yīng)力集中形成沿防水煤柱底板層面的剪切滑移裂隙,是上覆水體沿防水煤柱進入工作面作業(yè)空間的主要充水通道。此外,急傾斜煤層矸石充填并注漿膠結(jié)形成“矸石充填膠結(jié)區(qū)+防水煤柱”的復(fù)合防水隔離帶,可以有效阻止大范圍開采條件下礦井透水事故的發(fā)生。
　　基于龍煤集團七臺河分公司龍湖煤礦急傾斜煤層的賦存和水文地質(zhì)條件,現(xiàn)場研究了適合水體下急傾斜煤層開采的采煤