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采矿与安全工程学报 2020年第5期37卷 943-950页

作者：孔令海煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院) 北京100013

为实现复杂条件下特厚煤层综放工作面安全高效开采,采用理论分析、相似模拟试验和微震监测等多种方法,对极近距采空区下特厚煤层综放采场大空间覆岩结构形式及其运动规律和覆岩来压机理进行研究。结果表明:1)上部2^#煤层的开采,从下向... 详细信息

为实现复杂条件下特厚煤层综放工作面安全高效开采,采用理论分析、相似模拟试验和微震监测等多种方法,对极近距采空区下特厚煤层综放采场大空间覆岩结构形式及其运动规律和覆岩来压机理进行研究。结果表明:1)上部2^#煤层的开采,从下向上的上覆岩层依次发生垮落、断裂和弯曲下沉运动,上覆岩层完整性得到破坏,且不易积聚弹性能,降低了下部极近距离特厚煤层综放工作面顶板动压系数和来压强度;2)考虑上部煤层的采动影响,在特厚煤层综放采场,上覆岩层下沉运动空间大,采动围岩超前破坏范围大,基本顶岩梁岩块数量多于一般综放采场,且其下沉运动主要为回转失稳或剪切滑落失稳,采场覆岩动压发生的可能性降低;3)相似模拟试验、微震监测和现场实测等结果与理论分析基本吻合,特厚煤层综放采场覆岩超前远距离破坏范围达400 m;4)支架工作阻力和现场矿压实测结果表明,支架工作状态较稳定,来压动载系数平均1.19~1.22,支架来压步距离散性较大、规律性不强,工作面整体来压强度较小。结果可为类似条件下特厚煤层综放工作面支架选型、顶板控制、高效生产等提供参考。

关键词：近距离采空区特厚煤层综放开采覆岩结构运动微震监测支架工作阻力

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近距离煤层群下位工作面覆岩运动特征及矿压显现规律研究

近距离煤层群下位工作面覆岩运动特征及矿压显现规律研究

引用

作者：柏桦林中国矿业大学

学位级别：硕士

近距离煤层群在我国分布广泛,一般煤田的可采煤层从单层到数十层,煤层间的岩层厚度从零点几米到上百米不等,国内煤层群的开采方法以下行开采为主。下行开采时,上层煤采动改变了其覆岩的整体性和稳定性,并对底板岩层造成一定深度的破坏作... 详细信息

近距离煤层群在我国分布广泛,一般煤田的可采煤层从单层到数十层,煤层间的岩层厚度从零点几米到上百米不等,国内煤层群的开采方法以下行开采为主。下行开采时,上层煤采动改变了其覆岩的整体性和稳定性,并对底板岩层造成一定深度的破坏作用;下层煤开采时面临着破碎顶板以及上层遗留煤柱和采空区带来的支承压力影响,其覆岩破断和移动具有不同于单层煤开采的特征,如易发生顶板漏、冒,支架压死等事故。但目前学界对于近距离煤层群的研究集中于下部煤层回采巷道布置及支护方式方面,而对近距离煤层群下位工作面上覆岩层运动破断特征和其对工作面及回采巷道矿压显现规律影响的研究相对较少。因此,为实现近距离煤层群的安全高效生产,有必要对近距离煤层群开采时覆岩结构特征和运动规律及其对下位工作面矿压显现规律的影响进行研究。本文以华晋焦煤有限公司沙曲矿近距离煤层群5号煤层25301工作面为研究对象,通过实验室试验、现场实测、理论分析以及数值模拟结合的方法对上层4号煤开采底板破坏,下位综采工作面层间覆岩结构、液压支架承载特征及覆岩结构运动过程进行了系统的研究。主要研究内容如下:（1）通过理论分析和数值模拟,研究分析了3+4号煤层开采及5号煤层重复采动过程中采动应力对底板的破坏作用,对底板破坏的区域、形态、发育过程和拓展深度进行了深入的研究,结果表明底板破坏由采动应力对底板原生裂隙的起裂张开作用产生,破坏区域与底板卸压区重叠,一般呈倒三角形或梯形分布。为近距离煤层群的定义、层间相互影响大小及底板突水的研究提供基础和依据。（2）依据近距离煤层群层间覆岩强度厚度等特征,对层间覆岩结构按照有无基本顶结构和基本顶结构形态分为三类,即:层间无基本顶结构、层间“砌体梁”结构及层间“悬臂梁”结构。并根据三种煤层间结构模型,建立了三种近距离煤层工作面对应的“支架—围岩”关系模型,并确定了不同模型下支架工作阻力计算公式。（3）采用UDEC数值模拟软件对3+4号煤层及5号煤层工作面回采过程中,上覆岩层结构运动过程进行研究。结果表明开采下部5号煤层时,由于本煤层与上部已采4号煤层之间存在的夹层有稳定的砂岩结构,可形成基本顶结构,随工作面推进,本煤层基本顶逐渐达到顶板的抗拉极限发生周期性断裂,同时上煤层已断裂并重新达到平衡结构的基本顶也滞后一段距离内发生回转变形,虽仍能保持铰接结构,但对工作面来压现象也会造成一定影响。5号煤层上覆的主关键层结构及3+4号煤层基本顶结构承担了大部分上覆岩层的载荷,因此,当煤层间存在坚硬基本顶结构时,下位工作面来压受本煤层基本顶周期性断裂的影响及上部煤层基本顶铰接平衡结构的控制作用。（4）通过对沙曲矿25301工作面矿压显现规律进行实测研究,结果表明,工作面超前支承压力影响范围和强度较小,回采巷道在工作面回采期间变形量仅为30mm50mm;工作面的周期来压现象并不明显,对工作面稳定性的影响较小,液压支架工作面阻力大多分布在12～32MPa（即1772.6～4726.9k N）之间,都小于或者和初撑力4653k N持平,富余量偏大,使用效率一般或偏低。说明下位工作面的矿压显现较为温和,上位工作面覆岩结构运动过程对下位工作面的影响较小。

关键词：近距离煤层群底板破坏覆岩结构运动矿压显现规律

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