急傾斜下保護層開采保護范圍及影響因素研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的不斷增加,煤與瓦斯突出日益成為制約礦井安全高效生產(chǎn)的主要因素,而開采保護層是最有效的區(qū)域性防突措施。保護層開采時一個重要的問題就是保護范圍的劃定,然而我固西南地區(qū)大多數(shù)煤層都是嚴重突出的急傾斜煤層,采煤方法比較特殊,按照傳統(tǒng)的方法(即參考《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》)劃定其保護范圍,在實際應(yīng)用中出現(xiàn)偏差。
　　 因此,本文以南桐礦業(yè)公司東林煤礦的急傾斜俯偽斜下保護層開采為研究的工程背景,采用實驗室試驗、理論計算、數(shù)

2、值模擬和現(xiàn)場工業(yè)試驗等相結(jié)合的方法,研究了急傾斜俯偽斜下保護層開采后被保護層的有效保護范圍及其影響因素。本文的主要研究成果和結(jié)論有:
　　 ①通過在煤礦現(xiàn)場取樣,在實驗室進行了煤巖層的抗壓、抗拉和抗剪試驗,獲得了保護層周圍煤巖體的各種物理力學(xué)特性參數(shù)。
　　 ②基于煤層卸壓的應(yīng)力保護準則和變形卸壓準則,建立了俯偽斜下保護層開采的有限元三維數(shù)值模型,對俯偽斜下保護層開采后覆巖的移動變形和卸壓程度進行了數(shù)值模擬分析研究,并對

3、被保護層的有效保護范圍進行了分析和計算,確定了被保護層的有效保護范圍。結(jié)果表明:保護層開采在傾斜方向的上部和下部卸壓角分別為90°和80°,沿走向方向的卸壓角在傾斜上、中、下部呈不均勻分布,其大小為44°～68°,安全起見按44°劃定走向方向的卸壓保護角。
　　 ③通過開展東林煤礦俯偽斜下保護層開采的現(xiàn)場試驗,確定了研究區(qū)域內(nèi)下保護層開采保護范圍的現(xiàn)場實測結(jié)果。試驗結(jié)果表明:采用馬麗散固化劑結(jié)合水泥石膏漿機械封孔的方法能更好的密

4、閉鉆孔,使瓦斯壓力參數(shù)的測定更加準確；保護層開采的傾向下部卸壓角為83°,走向卸壓角為45°,保護層工作面超前被保護層掘進工作面的最小距離為53 m。數(shù)值模擬計算和現(xiàn)場考察的結(jié)果比較接近,本文采用的數(shù)值模擬方法劃定俯偽斜下保護層開采的保護范圍是可行的。
　　 ④針對急傾斜煤層開采后冒落矸石在采空區(qū)沿傾斜方向的不均勻充填,在傾斜上部無充填,中部充填較弱,下部充填較為密實的情況。本文對充填體產(chǎn)生的支撐載荷進行了分析,建立了充填體對頂

5、板的支撐載荷函數(shù)。
　　 ⑤根據(jù)彈性薄板理論,建立了基于采空區(qū)不均勻充填的俯偽斜下保護層開采后基本頂?shù)囊苿幼冃魏推茐牡牧W(xué)模型,推導(dǎo)出了俯偽斜基本頂?shù)膿锨瘮?shù),并根據(jù)Marcus修正解計算和分析了基本頂初次破斷的極限跨距；在此基礎(chǔ)上提出了俯偽斜下保護層開采基本頂初次來壓時的項板管理方法。
　　 ⑥基于關(guān)鍵層理論,采用理論計算分析和數(shù)值模擬的方法確定了急傾斜下保護層開采后上覆巖層中的關(guān)鍵層,并計算了關(guān)鍵層的初次破斷距；結(jié)合