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浅埋近距离煤层重复采动关键层结构失稳机理研究

朱卫兵  
【摘要】: 神东矿区随着开采规模的不断加大,部分区域的第1层主采煤层已经采完,开始回采第2层主采煤层。由于两层煤间距较小,形成了浅埋近距离煤层重复采动的开采条件,在一些特殊的地质采矿条件下,下煤层采场矿压显现异常强烈,工作面曾发生多起支架活柱瞬间大幅下缩甚至压死支架等动载矿压现象,严重威胁了煤矿安全高效生产。论文综合采用理论分析、数值模拟与物理模拟试验、现场实测等方法,就神东矿区浅埋近距离煤层重复采动关键层结构失稳与动载矿压机理进行了深入研究。 首次将浅埋近距离煤层覆岩关键层结构分为3类4种,即上煤层已采单一关键层结构、上煤层已采无典型关键层结构和上煤层已采多层关键层结构3类,其中,上煤层已采单一关键层结构包括上煤层已采厚硬单一关键层结构和上煤层已采复合单一关键层结构2种;分析了浅埋上煤层已采单一关键层结构的破断失稳特征与动载矿压发生条件。建立了过沟谷地形上坡段的关键层结构力学模型,据此研究了主关键层受侵蚀影响缺失后无侧向水平压力作用对上煤层已采单一关键层结构稳定的影响,揭示了过沟谷地形上坡段下煤层顶板关键层结构失稳机理,合理解释了浅埋近距离煤层重复采动过沟谷地形上坡时工作面易出现动载矿压的原因。建立了浅埋近距离煤层开采下煤层工作面进、出煤柱阶段关键层破断块体结构的力学模型,分析了上煤层顶板关键层破断块体结构断裂线位置对下煤层关键层结构稳定的影响,揭示了过煤柱阶段上煤层已采单一关键层结构失稳机理,合理解释了工作面出煤柱时易发生动载矿压的原因。 根据研究成果确定了大柳塔煤矿活鸡兔井三盘区上煤层已采单一关键层结构条件下工作面过沟谷地形时所需合理的支架工作阻力。应用理论研究成果提出了大柳塔煤矿近距离煤层重复采动关键层结构失稳控制与防范措施,通过危险区域预测、周期来压位置预测及工作面支护质量监测等保障了21305、21306两个工作面的安全回采,取得了显著的应用效果和经济效益。


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