采空區(qū)下近距離煤層綜放面壓架機理及其控制研究.pdf

1、我國井工開采以長壁為主，且頂板管理主要采用全部垮落法;對于煤層群在開采順序上主要采用下行式。下行、長壁頂板全部垮落法開采近距離煤層群必然產(chǎn)生采空區(qū)下近距離煤層開采的問題。采空區(qū)下近距離煤層綜放面由于煤厚加大，波及的頂板地層厚度也會加大;上層煤層采空區(qū)矸石靜載作用和頂板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變重布，以及上下兩層煤間穩(wěn)定巖層厚度、強度等的變化都會導(dǎo)致初次來壓、周期來壓步距及其動載的變化，使得采場礦壓顯現(xiàn)更加復(fù)雜。因此，采空區(qū)下近距離煤層綜放面

2、的壓架已經(jīng)成為井工開采迫切需要解決的工程實際問題。目前采空區(qū)下近距離煤層綜放面的壓架的理論分析多集中于避開煤柱集中應(yīng)力的問題。本文認為采空區(qū)下近距離煤層采動時，上覆采空區(qū)沒有煤柱時，上覆垮落帶裂隙帶對下層煤的應(yīng)力作用也會影響壓架,同時可利用上覆采空區(qū)的積水對壓架進行控制。因此，以山西西山斜溝煤礦13＃煤為研究對象，通過理論分析、實驗室試驗以及數(shù)值模擬等研究方法，對13＃煤層的壓架機理、控制方法和控制效果進行了研究。
　　本研究主要

3、內(nèi)容包括：⑴采空區(qū)下近距離煤層綜放面開采時，斷裂帶可能直接貫通上覆采空區(qū)，采空區(qū)破碎巖體向下直接傳遞載荷，導(dǎo)致頂板巖層的靜載荷比普通綜采面大，頂板不易形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，老頂來壓時易發(fā)生壓架事故，導(dǎo)致工作面停滯，生產(chǎn)減慢。并在考慮上層煤層采后形成的垮落帶裂隙帶巖層重量的前提下，本文建立力學(xué)模型分析支架圍巖關(guān)系，給出了采空區(qū)下近距離煤層綜放面支架載荷分別與初次垮落步距和周期垮落步距的理論關(guān)系式以及垮落斷面的抗拉強度計算公式。⑵利用上覆采空區(qū)積

4、水對煤層頂板進行了弱化，根據(jù)頂板巖石的力學(xué)特性，從本工作面向上覆采空區(qū)鉆孔，給出弱化工藝與參數(shù)，將上覆采空區(qū)積水引入鉆孔，利用積水的自重壓力以及物理化學(xué)性質(zhì)進一步擴展裂縫，降低了巖石的物理強度，人為形成了一個弱面，操縱了頂板的垮落步距，操縱了壓架，確保了下層煤工作面的正?；夭?。⑶對采空區(qū)下近距離煤層綜放面的壓架控制效果進行了數(shù)值模擬驗證，分別建立積水弱化前后的數(shù)值計算模型，動態(tài)分析煤層采動中頂板結(jié)構(gòu)及工作面的應(yīng)力位移分布及破壞特征。從頂