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极近距离煤层采空区下回采巷道稳定性分析及控制技术研究

郭伟  
【摘要】:随着我国煤炭工业开采的强度逐渐增大,赋存条件比较好的煤层的储量渐渐接近枯竭,然而煤炭资源作为支撑我国国民经济发展的主要能源,在未来相当长时间内仍然需要进行大幅的开采,促使赋存条件比较差的煤层,例如极近距离煤层逐渐进入人们的视野,并将或者已成为煤炭开采的主体。 因为成煤条件的不同,极近距离煤层的赋存情况也不同,主要体现在两煤层层间距不同、煤质不同、可采的厚度不同、顶底板的条件不同等。因为极近距离煤层相邻的两煤层的层间距很小,上部煤层的回采工作必然会对下部煤层煤的煤体以及顶板造成破坏,影响其顶板的连续性和完整性,下部煤层的顶板上还覆盖着上部煤层回采后垮落的矸石,并且上部煤层遗留的煤柱在底板岩层中产生集中应力,导致下部煤层的顶板结构及其所处应力环境产生变化,因而极近距离煤层下部煤层和单一煤层的开采相比,出现了很多不同的矿压现象。 为了保障煤炭企业安全高效的生产,提高煤炭资源的回采率,对于极近距离煤层下层煤回采巷道的稳定性及控制技术的研究非常必要。 本文以山西华美奥能源集团有限公司兴陶煤矿为背景,针对在进行极近距离煤层下部煤层的开采工作时,即使将下部煤层的回采巷道布置在应力的降低区,其仍然会出现顶板破碎、支护困难的情况,通过理论分析、数值模拟相结合的方法,对极近距离煤层采空区底板岩层的破坏特征、底板岩层中应力的分布规律、下层煤回采巷道的布置方式、巷道支护方式和相关的参数进行了探索性的分析研究。 研究得出的主要结论有:通过理论分析计算确定了兴陶煤矿4-1号煤层采空区底板的破坏特征;通过对上部煤层遗留煤柱稳定性的理论分析,得出了下部煤层回采巷道内错式、外错式和重叠式三种布置方式的适用条件,推导出了理论内、外错距的计算公式,并结合兴陶煤矿的实际地质条件确定该矿4-2号煤层的回采巷道采用内错式布置;采用FLAC3D数值模拟软件分析研究了兴陶煤矿上部煤层遗留煤柱的应力在底板岩层内的传递规律和采空区高度对底板破坏特征的影响,确定了该矿内错距大于6m布置回采巷道是安全合理的,并研究了采空区高度和层间距对下部煤层回采巷道稳定性的影响;根据前面理论分析和数值模拟的结果并结合工程类比,最终确定该矿回采巷道的支护方式为锚杆、锚索、钢带、金属网联合支护,并通过理论计算和正交优化相结合的方法给出了相应的支护参数。


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