舊采殘煤長壁開采煤柱應力分布及破壞規(guī)律研究.pdf

1、上世紀八、九十年代，限于技術和裝備條件不足，我國地方小煤礦曾長期采用刀柱式、巷柱式（高落式）等舊式采煤方法，回采率不到30％，導致大量的優(yōu)質煤炭資源遺留于采空區(qū)內，造成極大的浪費。舊采殘煤的再次開采利用，能充分利用寶貴的煤炭資源、對礦井可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文以晉煤集團圣華煤業(yè)3號煤層殘煤復采為工程背景，在煤巖蠕變試驗的基礎上，運用正交試驗設計法，研究了各開采因素對舊采區(qū)煤柱穩(wěn)定性的影響規(guī)律；通過數(shù)值模擬，研究了復

2、采工作面推進時不同穩(wěn)定性煤柱的應力分布及破壞規(guī)律及在預充填條件下煤巖體的應力分布及破壞規(guī)律，為殘煤長壁開采提供理論依據(jù)。主要工作如下：
　　1、為研究開采因素對舊采區(qū)煤柱穩(wěn)定性影響規(guī)律，進行了煤巖蠕變試驗，比較了西原模型與西原加速模型對描述圣華煤業(yè)煤巖蠕變特性的適用性，得出了適于描述圣華煤業(yè)煤巖蠕變特性的本構模型，并對該本構模型的蠕變參數(shù)進行了辨識。
　　2、利用蠕變試驗結果對舊采區(qū)煤柱穩(wěn)定性狀態(tài)進行數(shù)值模擬。研究了煤柱寬度

3、、巷道寬度、巷道高度等開采因素對煤柱核區(qū)率、煤柱中最大垂直應力、煤柱中最大剪切應力的影響。研究表明，對煤柱核區(qū)率影響最大的因素為自身煤柱寬度、巷道高度；對煤柱中最大垂直應力與最大剪切應力影響最大的因素為空巷寬度。建立了圣華煤業(yè)舊采區(qū)煤柱的核區(qū)率、最大垂直應力、最大剪切應力與各影響因素的數(shù)學模型。
　　3、研究了復采工作面推進時應力場的變化規(guī)律與超前煤柱穩(wěn)定性對復采工作面在推進時應力場變化規(guī)律的影響。研究表明：在復采工作面推進時，超

4、前支承壓力應力集中系數(shù)為2-3，應力峰值位于工作面前方煤柱或超前煤柱。當舊采區(qū)超前煤柱核區(qū)率為45%時，基本頂初次垮落步距為14m，基本頂超前斷裂步距為17m；當舊采區(qū)超前煤柱核區(qū)率為70%時，基本頂初次垮落步距為16m，基本頂超前斷裂步距為18m。
　　4、分析了超高水材料預充填舊采區(qū)空巷對復采工作面的推進時應力場變化規(guī)律的影響。研究表明：預充填舊采區(qū)空巷后，在復采工作面推進時，應力峰值始終位于工作面前方煤巖，基本頂初次垮落步距