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晋华宫矿刀柱式残采区上行开采层间岩层移动变形研究

郑婧  
【摘要】:在资源整合背景下,采空区上方搁置的一些储量可观的可采煤层,通过上行开采可实现对这部分资源的回收,对建设节约型社会和促进煤炭工业可持续发展具有一定的现实意义。 同煤集团晋华宫矿为了避免资源严重丢失,延长矿井寿命并提高有限资源的回收率,拟对位于侏罗纪煤层小窑破坏区12#煤层之上的9#煤层进行上行开采,然而现今的上行开采有关研究,多集中于以层间距为核心只考虑下部煤层采动对上行开采的影响,且对煤层间的层间岩层移动变形影响上层煤开采的研究尚不系统,为此作者针对晋华宫矿402小窑破坏区刀柱式12#煤层采空后上行开采9#煤层,从层间岩层力学性质角度出发,进行了层间岩层移动变形研究。 本文首先借鉴矿山开采覆岩基本“三带”理论,充分考虑上行开采层间岩层力学性质,建立了以控制层为层间岩层主体的力学层次结构,即控制层所处的完整塑性形变区及其上部的弹性变形区和下部的拉伸裂隙区。然后考虑到上行开采层间岩层变形的非均匀性、非连续性特点,利用刀柱式残采区上行开采数值分析方法,在三个不同厚度和岩层特性的层间岩层方案中,分别建立了不同采场推进距离的数学模型,并通过模拟得到:上行开采使得应力集中于层间岩层,且随着采场推进转移至采空区和煤柱,分别形成卸压拱和增压拱,而控制层则形成更大的应力拱将其包围,最终应力拱内的岩层变形移动保持稳定。此外通过提取模型监控点数据,给出了不同采场推进时上行开采后引起的层间岩层沉降趋势,并结合岩层控制的关键层理论,确定了作为静态平衡结构的控制层,可在宏观上保持层间岩层的整体连续移动变形。 最后本文根据所建的数学模型,针对晋华宫矿得出:当9#煤层底板和12#煤层顶板都存在控制层时,煤柱有足够的支撑能力,层间岩层处于稳定状态,整体下沉平缓;若只存在12#煤层顶板控制层时,煤柱达到极限破坏状态,但仍可有效支撑,层间岩层处于极限稳定状态,下沉量增大但仍保持完整;而9#煤层和12#煤层之间无控制层时,层间岩层不稳定,下沉呈波浪式,不能进行上行开采。 为了解采空区和煤柱稳定性及层间岩层整体性,本文采用综合物探技术对其进行了探测验证,结果表明9#和12#煤层采空区氡值和拟视电阻率值均呈高异常,其间岩层的拟视电阻率值相对较低,表明层间岩层整体性良好,采空区和煤柱稳定,且与数值模拟分析结果较吻合。 综上所述,层间岩层中控制层的移动变形对刀柱式残采区上行开采能否进行及其围岩移动变形起关键作用,为今后刀柱式残采区上行开采的安全控制提供了一定的理论指导与技术支持。


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