極近距離煤層開采圍巖控制理論及技術研究.pdf

1、由于成煤條件的不同，煤層的賦存條件各異。煤層厚度從零點幾米到上百米，可采層數從一層到數十層，層間距離大小不等，有時還出現煤層局部合并或分岔現象。煤層層間距離不同，相互間開采的影響程度各異。當煤層層間距離較大時，上部煤層開采后對下部煤層的開采影響程度很小，其礦壓顯現規(guī)律，開采方法不受上部煤層開采影響。但是，隨著煤層間距離減小，上下煤層間開采的相互影響程度會逐漸增大，特別是當煤層間距很近時，下部煤層開采前頂板的完整程度已受上部煤層開采損傷影

2、響，其上又為上部煤層開采垮落的矸石，且上部煤層開采后殘留的區(qū)段煤柱在底板形成的集中壓力，導致下部煤層開采區(qū)域的項板結構和應力環(huán)境發(fā)生變化。從而使下部煤層開采與單一煤層開采相比出現了許多新的礦山壓力現象。主要表現在下部煤層開采時，極易發(fā)生項板冒漏，嚴重時造成支架壓埋；當與上部煤層采空區(qū)溝通，造成工作面漏風，易形成火災隱患；巷道布置和支護方式盲目性較大，巷道的礦山壓力顯現十分明顯，巷道支護困難。而現有單一煤層開采頂板巖層控制理論和經驗，不能

3、很好地解釋這種礦壓現象及機理。在極近距離煤層開采的過程中，存在許多技術難題。 在我國近距離煤層賦存和開采所占比重很大，大多礦區(qū)都存在近距離煤層群開采的問題。目前，單一煤層開采圍巖活動規(guī)律和控制的理論和實踐研究已經有了很大進展，然而對近距離煤層開采研究相對較少，特別是極近距離煤層的開采技術的系統(tǒng)研究更少，有關極近距離煤層開采研究主要是實踐性和經驗性的定性總結。 論文以大同礦區(qū)下組煤層群開采為主要研究對象，采用現場實測、理論

4、分析、數值模擬計算和工業(yè)性試驗等方法，對極近距離煤層的定義、極近距離煤層頂板分類、下部煤層開采礦山壓力顯現規(guī)律、工作面項板控制，合理巷道位置及開采技術保障體系等幾方面做了探索性研究。主要研究成果如下: (1)針對長壁工作面開采，運用彈塑性理論、滑移線場理論，結合上部煤層開采頂板垮落特點及應力分布規(guī)律推導出上部煤層底板損傷深度，給出了極近距離煤層的定義和判距。并結合大同礦區(qū)下組煤層群賦存和開采條件，進行極近距離煤層實例判別。

5、 (2)確定了以屈服比作為極近距離下部煤層頂板分類主要指標，對極近距離煤層頂板進行了分類(夾石假頂、碎裂頂板、塊裂項板)。 (3)以大同礦區(qū)為例，通過現場實測和數值模擬分析的方法，揭示了極近距離下部煤層開采工作面礦壓顯現的基本特征和規(guī)律，為探討極近距離下部煤層開采覆巖結構形式及采場圍巖控制提供可靠的現實和理論基礎。 (4)針對極近距離煤層開采時頂板的結構特點，構建了下部煤層開采為散體邊界條件的“塊體一散體"項板結構模型

6、，運用塊體和散體理論，對極近距離下部煤層開采頂板巖層結構穩(wěn)定性進行分析。揭示了極近距離下部煤層開采頂板易于冒落的機理，并從理論上研究了極近距離下部煤層工作面支架載荷的確定方法。為下部煤層開采采場圍巖控制提供了理論基礎。 (5)運用理論和數值模擬分析的方法，研究了極近距離煤層開采煤柱穩(wěn)定性和煤柱載荷在底板煤(巖)層中的非均勻應力分布規(guī)律；理論分析了巷道在非均勻應力場中，支護體結構更易出現局部過載，產生局部破壞，最終可能導致支護體結

7、構失穩(wěn)的原因；提出了極近距離下部煤層回采巷道的合理位置確定方法。并通過現場實踐進行驗證。 (6)針對極近距離下部煤層項板受上部煤層采動損傷影響，項板破碎，易漏冒頂，嚴重時造成支架壓埋，漏風嚴重，易形成火災等不安全隱患問題。采用現場實踐的方法確定了項板加固及漏頂充填技術、巷道合理斷面形狀與支護參數、工作面初末采空間控制及工藝、工作面超前支護方式以及泄壓通風系統(tǒng)、汽霧阻化防火等安全保障體系。形成了一套較為完善的極近距下部煤層開采輔助