不規(guī)則巷式采空區(qū)上部煤層安全開采基礎(chǔ)研究.pdf

1、不規(guī)則巷式采空區(qū)上部煤層開采時(shí)，由于下部空區(qū)內(nèi)留有大量不規(guī)則煤柱，并且許多已經(jīng)開采多年甚至十年以上，由此產(chǎn)生了許多新的技術(shù)難題，包括不規(guī)則空區(qū)小煤柱長(zhǎng)期穩(wěn)定性、空區(qū)頂板垮落和上覆煤層變形規(guī)律、上部煤層開采對(duì)下部煤柱穩(wěn)定性的二次影響、下部空區(qū)有害氣體對(duì)上部工作面影響等，這些問題還有待進(jìn)一步開展系統(tǒng)研究。
　　論文以同煤集團(tuán)虎龍溝煤礦等為工程背景，通過相似材料試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬以及現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)等綜合研究方法，對(duì)不規(guī)則巷式采空區(qū)上方布

2、置長(zhǎng)壁工作面開采時(shí)，可能出現(xiàn)的上述問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。論文主要研究?jī)?nèi)容及取得的成果如下:
　　(1)通過相似材料試驗(yàn)和數(shù)值模擬，研究了不規(guī)則巷式空區(qū)上部煤層長(zhǎng)壁開采時(shí)，不規(guī)則采寬、留寬條件下，空區(qū)煤柱應(yīng)力與變形及上覆巖層及煤層變形規(guī)律，及其隨時(shí)間、多次采動(dòng)的演化特征。結(jié)果表明:隨時(shí)間增加，空區(qū)煤柱穩(wěn)定性呈降低趨勢(shì)，表現(xiàn)為煤柱應(yīng)力松弛、變形增加，但煤柱整體穩(wěn)定性較好，沒有出現(xiàn)整體坍塌現(xiàn)象;在上部煤層長(zhǎng)壁開采過程中，下部空區(qū)小煤柱的應(yīng)

3、力出現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)，其變形則有增加，但沒有造成煤柱的二次破壞。下部空區(qū)頂板冒落范圍較小，最大4-5m，其上頂板巖層基本穩(wěn)定，僅出現(xiàn)小的波浪狀起伏，裂隙發(fā)育不明顯。在本相似材料模擬試驗(yàn)條件下，層間距大于20m時(shí)，蹬空開采都是可行的。在上部煤層長(zhǎng)壁開采過程中，下部空區(qū)小煤柱的應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)一定波動(dòng)，其變形則有增加，但沒有造成煤柱的二次破壞，不會(huì)對(duì)上部煤層長(zhǎng)壁開采造成影響。
　　(2)考慮到不規(guī)則空區(qū)頂板寬度較小，且處于塑性狀態(tài)的小煤柱受

4、力較均勻，本文基于彈性理論，建立了梯形分布力基礎(chǔ)上的連續(xù)深梁模型，分析了巷式開采條件下上覆巖層發(fā)生拉壓破壞剪破壞及失穩(wěn)的可能性，預(yù)計(jì)了不規(guī)則巷式空區(qū)頂板冒落高度。結(jié)果表明:對(duì)鉆孔巖性組合，巷式空區(qū)頂板冒落高度為0～13.12m。理論分析結(jié)果與相似材料試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果基本一致。
　　(3)在瓦斯運(yùn)移方面，在相似材料模擬試驗(yàn)中，采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)開采過程中煤巖體內(nèi)裂隙發(fā)育分布情況進(jìn)行跟蹤探測(cè)，結(jié)果表明:下部煤層巷式開采后，上部5＃及6＃

5、煤巖體內(nèi)裂隙較少，間隔30多天后，裂隙發(fā)育增加;當(dāng)上部5＃煤和6＃煤開采時(shí)，由于受多次采動(dòng)影響，煤層間巖體裂隙發(fā)育明顯增加，其部分?jǐn)U展貫通。因此預(yù)計(jì)在下部煤層巷式開采后上部煤層尤其是距離較近的煤層里的瓦斯含量及瓦斯壓力有一部分可能得到釋放，從而有利于上部煤層的正常開采;開采上部煤層時(shí)，下部空區(qū)內(nèi)的瓦斯存在滲透至上部空間內(nèi)的可能性。
　　(4)采用FLUENT數(shù)值方法，模擬研究了上行開采時(shí)，下部空區(qū)瓦斯向上部煤層滲透的規(guī)律，分析了采