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采空区及煤柱下回采巷道布置位置优化研究

熊志朋  
【摘要】:在多煤层下行式开采过程中,上覆煤层回采后,受到覆岩荷载的作用,遗留煤柱上产生较高的支承应力,并向底板岩层中传递、演化,致使下煤层部分区域产生应力集中,位于应力集中区域的巷道极易发生失稳破坏。因此,下部煤层工作面巷道合理布置位置的确定成为一个重要的研究问题。本文以晋煤集团寺河矿及寺河矿二号井3号和9号煤层开采条件为工程背景,受上覆3号煤层遗留煤柱在底板岩层传递支承压力的影响,9号煤层回采巷道表现出顶板破碎下沉、两帮移近量大等破坏特征。通过理论模型分析、FLAC~(3D)数值模拟计算和现场巷道矿压监测相结合的方法,对3号煤层开采后煤柱和底板岩层应力分布、下煤层巷道变形破坏特征以及巷道位置优化进行研究。研究结果表明,上覆3号煤层遗留煤柱能够向底板岩层传递应力,随着层间距的增加,垂直应力分布形态由“马鞍形”向“钟形”转变,在下部9号煤层层位形成单峰值的“钟形”分布形式;遗留煤柱向底板传递的垂直集中应力是引起巷道失稳破坏的主导因素,煤柱下方巷道两帮垂直应力集中程度大幅升高,巷道破坏主要发生在两帮和顶板位置;采空区下方巷道帮部垂直应力较小,巷道变形量较小。煤柱外侧25m处为应力升高区和应力降低区的边界,模拟研究出下部煤层回采巷道与遗留煤柱边缘的最优错距为30m,并对不同位置处巷道支护参数进行分区优化。现场94315工作面采用内错30m布置回采巷道,观测结果表明巷道围岩变形量较小,两帮最大移近量约为110mm,顶底板最大移近量约为80mm,顶板比较完整且离层量较小,巷道稳定性较好。


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