“上柱-下垮”復(fù)合殘采區(qū)中層棄煤開(kāi)采圍巖運(yùn)移規(guī)律及其采序影響.pdf

1、“上柱-下垮”復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤賦存廣泛，儲(chǔ)量可觀，為了提高煤炭資源的回收率，實(shí)現(xiàn)復(fù)合殘采區(qū)殘煤復(fù)采是勢(shì)在必行的一個(gè)課題。在上下煤層開(kāi)采的雙重采動(dòng)影響下，復(fù)合殘采區(qū)中部棄煤頂板活動(dòng)規(guī)律、底板移動(dòng)變形規(guī)律及層間巖層應(yīng)力分布規(guī)律等與單一殘采區(qū)煤層開(kāi)采相比具有較大的差異性，已有的研究成果已不適用于出現(xiàn)的新問(wèn)題。而當(dāng)前復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤能借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)系統(tǒng)的理論研究和成套的技術(shù)方案來(lái)科學(xué)地指導(dǎo)其安全生產(chǎn)。因此，深入、系統(tǒng)地對(duì)

2、復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤開(kāi)采過(guò)程中采場(chǎng)巖層應(yīng)力分布、移動(dòng)變形、結(jié)構(gòu)演化及破壞特征等方面進(jìn)行研究是迫切而重要的。
　　本文針對(duì)西山煤電白家莊煤礦“上柱-下垮”復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤的開(kāi)采，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、相似模擬、數(shù)值模擬、理論分析等手段，系統(tǒng)研究了各煤層開(kāi)采過(guò)程對(duì)中部殘煤采場(chǎng)巖層“應(yīng)力分布-移動(dòng)變形-結(jié)構(gòu)演化”造成的影響，同時(shí)針對(duì)此類型復(fù)合殘采區(qū)的兩種不同形成方式，分析了不同開(kāi)采順序?qū)χ胁繗埫翰蓤?chǎng)巖層的影響，并得出了對(duì)中部殘煤及其

3、頂?shù)装鍘r層擾動(dòng)影響最小的開(kāi)采順序，對(duì)此類工程應(yīng)用提供了借鑒，確定了更合理的開(kāi)采順序。上述研究對(duì)中部整層棄煤的安全高效開(kāi)采提供了理論依據(jù)，進(jìn)一步豐富了殘煤復(fù)采的內(nèi)涵。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　?。?）當(dāng)下部煤層開(kāi)采完畢后，其采空區(qū)上覆巖層處于應(yīng)力降低區(qū)，最終形態(tài)表現(xiàn)為“卸壓拱”，影響范圍主要集中于下位層間巖層，中部殘煤采場(chǎng)巖層在一定程度上產(chǎn)生了卸壓效應(yīng)。長(zhǎng)壁垮落采空區(qū)上覆不同層位的巖層垂直應(yīng)力變化規(guī)律不同，與下部煤層垂距越小的巖層

4、其支承壓力峰值越大。下部煤層開(kāi)采完畢呈最終穩(wěn)態(tài)后，巖層結(jié)構(gòu)向上擴(kuò)展至上部煤層，無(wú)裂隙巖層區(qū)貫穿了整個(gè)上位層間巖層，且自中部煤層底板向上均未發(fā)生臺(tái)階式的破斷，保持了宏觀連續(xù)性和完整性。由下部煤層垮落開(kāi)采在其開(kāi)采工作面垂直方向損傷破壞范圍的理論分析可知，下部煤層的開(kāi)采并未對(duì)中部煤層造成損傷破壞。
　　（2）當(dāng)上部煤層采用刀柱法開(kāi)采，開(kāi)采條帶數(shù)目多于4個(gè)時(shí)，開(kāi)采形成的刀柱煤柱影響范圍基本穩(wěn)定，這表明其對(duì)下部巖層的破壞范圍不再擴(kuò)大；當(dāng)開(kāi)采

5、條帶數(shù)目多于5個(gè)時(shí)，柱采區(qū)域下部巖層“應(yīng)力恢復(fù)”現(xiàn)象消失，其卸壓效應(yīng)基本穩(wěn)定。當(dāng)上部煤層采用刀柱煤柱開(kāi)采過(guò)程中，中部殘煤采場(chǎng)巖層其應(yīng)力分布在水平方向上應(yīng)力增高區(qū)與應(yīng)力降低區(qū)交替顯現(xiàn)，與上部煤層的垂距越小，其應(yīng)力集中程度越大，中部煤層中產(chǎn)生了較顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象。上部煤層采用刀柱法開(kāi)采后，上部煤層頂?shù)装鍘r層受采動(dòng)影響其移動(dòng)變形基本呈現(xiàn)“中間高、兩邊低”的波浪狀分布。由上部煤層開(kāi)采其采場(chǎng)巖層損傷破壞范圍理論分析可知，中部殘煤處于上部煤層開(kāi)采

6、造成的損傷破壞范圍內(nèi)，在開(kāi)采過(guò)程中須對(duì)中部煤層頂板進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　?。?）中部殘煤開(kāi)采對(duì)煤層采場(chǎng)應(yīng)力分布的影響表現(xiàn)為：中部煤層向前推進(jìn)不同距離均產(chǎn)生了不同的卸壓效應(yīng)，不同巖層層位的測(cè)線其垂直應(yīng)力仍以“波浪狀”分布。從位移數(shù)據(jù)中能反映出，中部煤層頂板下沉量達(dá)到最大值的位置位于上部煤層柱式采空區(qū)中心軸線位置，中部煤層開(kāi)采過(guò)程中，塑性區(qū)主要分布于巖性軟弱的層間巖層中，其采場(chǎng)頂板發(fā)生了顯著的塑性破壞，其破壞范圍基本貫穿整個(gè)上位層間巖層。