俯偽斜上保護層開采的保護范圍劃定研究.pdf

1、隨著礦井開采深度的增加，在西南地區(qū)開采低透氣性高瓦斯突出煤層群中，煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)的自然災(zāi)害之一，而開采保護層是預(yù)防突出最有效也是最經(jīng)濟的區(qū)域性防突措施。保護層開采的關(guān)鍵是確定保護范圍，尤其是針對急傾斜俯偽斜上保護層開采保護范圍劃定遇到的難題更大。若采用傳統(tǒng)的《防治煤與瓦斯突出細則》所規(guī)定的經(jīng)驗方法劃定其保護范圍，將出現(xiàn)被保護層的實際被保護范圍與“細則”劃定的被保護范圍不一致的現(xiàn)象。本文以東林煤礦急傾斜上保護層俯偽斜開

2、采為研究背景，研究了急傾斜上保護層俯偽斜保護層的保護范圍劃定問題，主要內(nèi)容包括：
　　(1)通過對煤層開采后的底板應(yīng)力、變形、破壞規(guī)律和瓦斯運移規(guī)律進行總結(jié)分析，為現(xiàn)場測試和數(shù)值模擬分析奠定理論基礎(chǔ)。分析表明：隨著回采工作面的推進，底板巖層應(yīng)力經(jīng)歷了采前高度集中、采后急劇卸壓和應(yīng)力恢復(fù)三個階段，對應(yīng)著采前壓縮變形、采后膨脹變形和變形恢復(fù)；在壓縮區(qū)與膨脹區(qū)的交界處，底板巖體易發(fā)生剪切破壞，而膨脹帶巖體則易產(chǎn)生離層裂隙和垂直裂隙；在傾

3、向上，煤層傾角是影響底板巖體應(yīng)力的變化和破壞形態(tài)的重要因素：對緩傾斜及傾斜煤層，在下山口附近煤層底板所承受的應(yīng)力大于上山口，底板在下山口附近裂隙較發(fā)育；而對于急傾斜煤層，冒落矸石向下部采空區(qū)充填起到主要作用，限制了下部底板的膨脹及裂隙的生成，造成上部的采動裂隙較下部發(fā)育。
　　(2)在理論分析的指導(dǎo)下，對東林煤礦上保護層俯偽斜開采后被保護層的瓦斯壓力、流量變化進行現(xiàn)場測定，并分析了瓦斯壓力、流量和滲透性系數(shù)隨工作面推進距離的變化規(guī)

4、律，得到了被保護層的原始瓦斯壓力分布規(guī)律和瓦斯壓力變化“四帶”范圍。研究表明：急傾斜俯偽斜上保護層工作面的傾向各處沿走向的卸壓保護角呈非均勻分布，其大小為43.5°～53.6°，沿傾向下部方向卸壓角為78.7°，上保護層超前距離不應(yīng)小于3.4倍層間距。
　　(3)采用三維快速拉格朗日法，通過模擬東林煤礦上保護層俯偽斜開采后被保護層的應(yīng)力場及變形場的動態(tài)發(fā)展過程，確定了隨著上保護層工作面的推進，被保護層的垂直層理面應(yīng)力和煤層法向變形

5、規(guī)律；根據(jù)上保護層開采后的應(yīng)力卸壓保護準則和煤層法向變形保護準則，確定了上保護層沿走向和傾向的保護范圍。研究表明：上保護層俯偽斜采煤法沿傾向上、下邊界的卸壓角分別為81.5°和74°；沿走向的卸壓角在傾向上呈非均勻分布，大小為30°～52°，偽傾斜工作面中部的走向卸壓角最大，為52°。與現(xiàn)場考察對比發(fā)現(xiàn)，數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場考察結(jié)果在數(shù)值上和變化規(guī)律上均具有較強的一致性，表明采用數(shù)值模擬方法來研究急傾斜偽傾斜保護層的保護范圍是可行的。