采空區(qū)下近距離煤層綜放面壓架機(jī)理及其控制研究.pdf

1、我國(guó)井工開(kāi)采以長(zhǎng)壁為主，且頂板管理主要采用全部垮落法;對(duì)于煤層群在開(kāi)采順序上主要采用下行式。下行、長(zhǎng)壁頂板全部垮落法開(kāi)采近距離煤層群必然產(chǎn)生采空區(qū)下近距離煤層開(kāi)采的問(wèn)題。采空區(qū)下近距離煤層綜放面由于煤厚加大，波及的頂板地層厚度也會(huì)加大;上層煤層采空區(qū)矸石靜載作用和頂板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)導(dǎo)致的應(yīng)力應(yīng)變重布，以及上下兩層煤間穩(wěn)定巖層厚度、強(qiáng)度等的變化都會(huì)導(dǎo)致初次來(lái)壓、周期來(lái)壓步距及其動(dòng)載的變化，使得采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)更加復(fù)雜。因此，采空區(qū)下近距離煤層綜放面

2、的壓架已經(jīng)成為井工開(kāi)采迫切需要解決的工程實(shí)際問(wèn)題。目前采空區(qū)下近距離煤層綜放面的壓架的理論分析多集中于避開(kāi)煤柱集中應(yīng)力的問(wèn)題。本文認(rèn)為采空區(qū)下近距離煤層采動(dòng)時(shí)，上覆采空區(qū)沒(méi)有煤柱時(shí)，上覆垮落帶裂隙帶對(duì)下層煤的應(yīng)力作用也會(huì)影響壓架,同時(shí)可利用上覆采空區(qū)的積水對(duì)壓架進(jìn)行控制。因此，以山西西山斜溝煤礦13＃煤為研究對(duì)象，通過(guò)理論分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及數(shù)值模擬等研究方法，對(duì)13＃煤層的壓架機(jī)理、控制方法和控制效果進(jìn)行了研究。
　　本研究主要

3、內(nèi)容包括：⑴采空區(qū)下近距離煤層綜放面開(kāi)采時(shí)，斷裂帶可能直接貫通上覆采空區(qū)，采空區(qū)破碎巖體向下直接傳遞載荷，導(dǎo)致頂板巖層的靜載荷比普通綜采面大，頂板不易形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，老頂來(lái)壓時(shí)易發(fā)生壓架事故，導(dǎo)致工作面停滯，生產(chǎn)減慢。并在考慮上層煤層采后形成的垮落帶裂隙帶巖層重量的前提下，本文建立力學(xué)模型分析支架?chē)鷰r關(guān)系，給出了采空區(qū)下近距離煤層綜放面支架載荷分別與初次垮落步距和周期垮落步距的理論關(guān)系式以及垮落斷面的抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式。⑵利用上覆采空區(qū)積

4、水對(duì)煤層頂板進(jìn)行了弱化，根據(jù)頂板巖石的力學(xué)特性，從本工作面向上覆采空區(qū)鉆孔，給出弱化工藝與參數(shù)，將上覆采空區(qū)積水引入鉆孔，利用積水的自重壓力以及物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步擴(kuò)展裂縫，降低了巖石的物理強(qiáng)度，人為形成了一個(gè)弱面，操縱了頂板的垮落步距，操縱了壓架，確保了下層煤工作面的正?；夭伞＂菍?duì)采空區(qū)下近距離煤層綜放面的壓架控制效果進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證，分別建立積水弱化前后的數(shù)值計(jì)算模型，動(dòng)態(tài)分析煤層采動(dòng)中頂板結(jié)構(gòu)及工作面的應(yīng)力位移分布及破壞特征。從頂