薄基岩浅埋采场上覆岩层运动规律研究与应用

【摘要】： 鄂尔多斯地区蕴含着丰富的煤炭资源，该区煤层储量大，埋藏浅，倾角小，瓦斯含量低，煤层厚，被誉为世界八大煤田之一，是我国重要的商品煤基地。其特点是埋藏浅，基岩薄，上覆较厚的松散层，在开采过程中出现了矿山压力的剧烈显现，顶板台阶下沉，地面塌陷，甚至出现工作面涌水溃沙的严重事故。但是以往并没有针对该区基岩厚度的不同进行系统的分析，对载荷的确定也没有细致的研究。因此全面系统的进行浅埋煤层覆岩运动规律研究与应用是目前亟待解决的问题。 针对本区矿压显现的特殊问题，本文综合运用理论研究、数值模拟和现场实测的方法，初步分析了采场上覆松散层载荷确定及传递规律，按照基岩厚度不同将其分为4类，详细分析了不同分类基岩煤层上覆岩层的运动规律，对应不同分类基岩，提出了不同的开采方法和支护设计。研究结果表明，在进行静态载荷的确定时，采用普氏理论计算的载荷值最大，泰沙基法最小，岩柱法居中；当采场开采范围不大时，采用普氏理论是可行的，但是开采范围较大时，顶板基岩破断后形成了某种力的传递结构，将上覆松散层的压力传递到采场上方；基岩厚度小于60m时，顶板破断形式为台阶下沉，并引起地表的相应下沉，基岩厚度小于35m时，会出现顶板的整体垂直切落，造成地面突垮。随着基岩厚度的增加，顶板来压步距逐步增加，顶板垮落与地表下沉越来越缓和，基岩厚度大于60m时，顶板来压不再出现台阶下沉，地面下沉量较小；针对不同厚度基岩提出的采煤方法合理，高效，支护方案可行，能够有效控制顶板，实现安全生产。结合本文研究成果，对内蒙古伊泰集团苏家壕煤矿首采面进行了开采设计，在纳林庙二号矿进行了矿压观测，验证了理论研究的正确性，完善了浅埋薄基岩煤层开采覆岩运动规律研究与应用理论。