舊采殘煤長壁開采煤柱應(yīng)力分布及破壞規(guī)律研究.pdf

1、上世紀(jì)八、九十年代，限于技術(shù)和裝備條件不足，我國地方小煤礦曾長期采用刀柱式、巷柱式（高落式）等舊式采煤方法，回采率不到30％，導(dǎo)致大量的優(yōu)質(zhì)煤炭資源遺留于采空區(qū)內(nèi)，造成極大的浪費(fèi)。舊采殘煤的再次開采利用，能充分利用寶貴的煤炭資源、對礦井可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文以晉煤集團(tuán)圣華煤業(yè)3號煤層殘煤復(fù)采為工程背景，在煤巖蠕變試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法，研究了各開采因素對舊采區(qū)煤柱穩(wěn)定性的影響規(guī)律；通過數(shù)值模擬，研究了復(fù)

2、采工作面推進(jìn)時(shí)不同穩(wěn)定性煤柱的應(yīng)力分布及破壞規(guī)律及在預(yù)充填條件下煤巖體的應(yīng)力分布及破壞規(guī)律，為殘煤長壁開采提供理論依據(jù)。主要工作如下：
　　1、為研究開采因素對舊采區(qū)煤柱穩(wěn)定性影響規(guī)律，進(jìn)行了煤巖蠕變試驗(yàn)，比較了西原模型與西原加速模型對描述圣華煤業(yè)煤巖蠕變特性的適用性，得出了適于描述圣華煤業(yè)煤巖蠕變特性的本構(gòu)模型，并對該本構(gòu)模型的蠕變參數(shù)進(jìn)行了辨識。
　　2、利用蠕變試驗(yàn)結(jié)果對舊采區(qū)煤柱穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬。研究了煤柱寬度

3、、巷道寬度、巷道高度等開采因素對煤柱核區(qū)率、煤柱中最大垂直應(yīng)力、煤柱中最大剪切應(yīng)力的影響。研究表明，對煤柱核區(qū)率影響最大的因素為自身煤柱寬度、巷道高度；對煤柱中最大垂直應(yīng)力與最大剪切應(yīng)力影響最大的因素為空巷寬度。建立了圣華煤業(yè)舊采區(qū)煤柱的核區(qū)率、最大垂直應(yīng)力、最大剪切應(yīng)力與各影響因素的數(shù)學(xué)模型。
　　3、研究了復(fù)采工作面推進(jìn)時(shí)應(yīng)力場的變化規(guī)律與超前煤柱穩(wěn)定性對復(fù)采工作面在推進(jìn)時(shí)應(yīng)力場變化規(guī)律的影響。研究表明：在復(fù)采工作面推進(jìn)時(shí)，超

4、前支承壓力應(yīng)力集中系數(shù)為2-3，應(yīng)力峰值位于工作面前方煤柱或超前煤柱。當(dāng)舊采區(qū)超前煤柱核區(qū)率為45%時(shí)，基本頂初次垮落步距為14m，基本頂超前斷裂步距為17m；當(dāng)舊采區(qū)超前煤柱核區(qū)率為70%時(shí)，基本頂初次垮落步距為16m，基本頂超前斷裂步距為18m。
　　4、分析了超高水材料預(yù)充填舊采區(qū)空巷對復(fù)采工作面的推進(jìn)時(shí)應(yīng)力場變化規(guī)律的影響。研究表明：預(yù)充填舊采區(qū)空巷后，在復(fù)采工作面推進(jìn)時(shí)，應(yīng)力峰值始終位于工作面前方煤巖，基本頂初次垮落步距