“上柱-下垮”復(fù)合殘采區(qū)中層棄煤開采圍巖運(yùn)移規(guī)律及其采序影響.pdf

1、“上柱-下垮”復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤賦存廣泛，儲量可觀，為了提高煤炭資源的回收率，實(shí)現(xiàn)復(fù)合殘采區(qū)殘煤復(fù)采是勢在必行的一個課題。在上下煤層開采的雙重采動影響下，復(fù)合殘采區(qū)中部棄煤頂板活動規(guī)律、底板移動變形規(guī)律及層間巖層應(yīng)力分布規(guī)律等與單一殘采區(qū)煤層開采相比具有較大的差異性，已有的研究成果已不適用于出現(xiàn)的新問題。而當(dāng)前復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤能借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，國內(nèi)外尚無系統(tǒng)的理論研究和成套的技術(shù)方案來科學(xué)地指導(dǎo)其安全生產(chǎn)。因此，深入、系統(tǒng)地對

2、復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤開采過程中采場巖層應(yīng)力分布、移動變形、結(jié)構(gòu)演化及破壞特征等方面進(jìn)行研究是迫切而重要的。
　　本文針對西山煤電白家莊煤礦“上柱-下垮”復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤的開采，綜合運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)研、相似模擬、數(shù)值模擬、理論分析等手段，系統(tǒng)研究了各煤層開采過程對中部殘煤采場巖層“應(yīng)力分布-移動變形-結(jié)構(gòu)演化”造成的影響，同時針對此類型復(fù)合殘采區(qū)的兩種不同形成方式，分析了不同開采順序?qū)χ胁繗埫翰蓤鰩r層的影響，并得出了對中部殘煤及其

3、頂?shù)装鍘r層擾動影響最小的開采順序，對此類工程應(yīng)用提供了借鑒，確定了更合理的開采順序。上述研究對中部整層棄煤的安全高效開采提供了理論依據(jù)，進(jìn)一步豐富了殘煤復(fù)采的內(nèi)涵。主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　（1）當(dāng)下部煤層開采完畢后，其采空區(qū)上覆巖層處于應(yīng)力降低區(qū)，最終形態(tài)表現(xiàn)為“卸壓拱”，影響范圍主要集中于下位層間巖層，中部殘煤采場巖層在一定程度上產(chǎn)生了卸壓效應(yīng)。長壁垮落采空區(qū)上覆不同層位的巖層垂直應(yīng)力變化規(guī)律不同，與下部煤層垂距越小的巖層

4、其支承壓力峰值越大。下部煤層開采完畢呈最終穩(wěn)態(tài)后，巖層結(jié)構(gòu)向上擴(kuò)展至上部煤層，無裂隙巖層區(qū)貫穿了整個上位層間巖層，且自中部煤層底板向上均未發(fā)生臺階式的破斷，保持了宏觀連續(xù)性和完整性。由下部煤層垮落開采在其開采工作面垂直方向損傷破壞范圍的理論分析可知，下部煤層的開采并未對中部煤層造成損傷破壞。
　　（2）當(dāng)上部煤層采用刀柱法開采，開采條帶數(shù)目多于4個時，開采形成的刀柱煤柱影響范圍基本穩(wěn)定，這表明其對下部巖層的破壞范圍不再擴(kuò)大；當(dāng)開采

5、條帶數(shù)目多于5個時，柱采區(qū)域下部巖層“應(yīng)力恢復(fù)”現(xiàn)象消失，其卸壓效應(yīng)基本穩(wěn)定。當(dāng)上部煤層采用刀柱煤柱開采過程中，中部殘煤采場巖層其應(yīng)力分布在水平方向上應(yīng)力增高區(qū)與應(yīng)力降低區(qū)交替顯現(xiàn)，與上部煤層的垂距越小，其應(yīng)力集中程度越大，中部煤層中產(chǎn)生了較顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象。上部煤層采用刀柱法開采后，上部煤層頂?shù)装鍘r層受采動影響其移動變形基本呈現(xiàn)“中間高、兩邊低”的波浪狀分布。由上部煤層開采其采場巖層損傷破壞范圍理論分析可知，中部殘煤處于上部煤層開采

6、造成的損傷破壞范圍內(nèi)，在開采過程中須對中部煤層頂板進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。
　　（3）中部殘煤開采對煤層采場應(yīng)力分布的影響表現(xiàn)為：中部煤層向前推進(jìn)不同距離均產(chǎn)生了不同的卸壓效應(yīng)，不同巖層層位的測線其垂直應(yīng)力仍以“波浪狀”分布。從位移數(shù)據(jù)中能反映出，中部煤層頂板下沉量達(dá)到最大值的位置位于上部煤層柱式采空區(qū)中心軸線位置，中部煤層開采過程中，塑性區(qū)主要分布于巖性軟弱的層間巖層中，其采場頂板發(fā)生了顯著的塑性破壞，其破壞范圍基本貫穿整個上位層間巖層。