“上柱—下垮”复合残采区中层弃煤开采围岩运移规律及其采序影响

发布时间：2018-11-18 06:24

【摘要】：“上柱-下垮”复合残采区中部整层弃煤赋存广泛,储量可观,为了提高煤炭资源的回收率,实现复合残采区残煤复采是势在必行的一个课题。在上下煤层开采的双重采动影响下,复合残采区中部弃煤顶板活动规律、底板移动变形规律及层间岩层应力分布规律等与单一残采区煤层开采相比具有较大的差异性,已有的研究成果已不适用于出现的新问题。而当前复合残采区中部整层弃煤能借鉴的经验较少,国内外尚无系统的理论研究和成套的技术方案来科学地指导其安全生产。因此,深入、系统地对复合残采区中部整层弃煤开采过程中采场岩层应力分布、移动变形、结构演化及破坏特征等方面进行研究是迫切而重要的。本文针对西山煤电白家庄煤矿“上柱-下垮”复合残采区中部整层弃煤的开采,综合运用现场调研、相似模拟、数值模拟、理论分析等手段,系统研究了各煤层开采过程对中部残煤采场岩层“应力分布-移动变形-结构演化”造成的影响,同时针对此类型复合残采区的两种不同形成方式,分析了不同开采顺序对中部残煤采场岩层的影响,并得出了对中部残煤及其顶底板岩层扰动影响最小的开采顺序,对此类工程应用提供了借鉴,确定了更合理的开采顺序。上述研究对中部整层弃煤的安全高效开采提供了理论依据,进一步丰富了残煤复采的内涵。主要研究内容及成果如下:(1)当下部煤层开采完毕后,其采空区上覆岩层处于应力降低区,最终形态表现为“卸压拱”,影响范围主要集中于下位层间岩层,中部残煤采场岩层在一定程度上产生了卸压效应。长壁垮落采空区上覆不同层位的岩层垂直应力变化规律不同,与下部煤层垂距越小的岩层其支承压力峰值越大。下部煤层开采完毕呈最终稳态后,岩层结构向上扩展至上部煤层,无裂隙岩层区贯穿了整个上位层间岩层,且自中部煤层底板向上均未发生台阶式的破断,保持了宏观连续性和完整性。由下部煤层垮落开采在其开采工作面垂直方向损伤破坏范围的理论分析可知,下部煤层的开采并未对中部煤层造成损伤破坏。(2)当上部煤层采用刀柱法开采,开采条带数目多于4个时,开采形成的刀柱煤柱影响范围基本稳定,这表明其对下部岩层的破坏范围不再扩大;当开采条带数目多于5个时,柱采区域下部岩层“应力恢复”现象消失,其卸压效应基本稳定。当上部煤层采用刀柱煤柱开采过程中,中部残煤采场岩层其应力分布在水平方向上应力增高区与应力降低区交替显现,与上部煤层的垂距越小,其应力集中程度越大,中部煤层中产生了较显著的应力集中现象。上部煤层采用刀柱法开采后,上部煤层顶底板岩层受采动影响其移动变形基本呈现“中间高、两边低”的波浪状分布。由上部煤层开采其采场岩层损伤破坏范围理论分析可知,中部残煤处于上部煤层开采造成的损伤破坏范围内,在开采过程中须对中部煤层顶板进行实时监控。(3)中部残煤开采对煤层采场应力分布的影响表现为:中部煤层向前推进不同距离均产生了不同的卸压效应,不同岩层层位的测线其垂直应力仍以“波浪状”分布。从位移数据中能反映出,中部煤层顶板下沉量达到最大值的位置位于上部煤层柱式采空区中心轴线位置,中部煤层开采过程中,塑性区主要分布于岩性软弱的层间岩层中,其采场顶板发生了显著的塑性破坏,其破坏范围基本贯穿整个上位层间岩层。(4)通过分析两种不同开采顺序条件下其上、下煤层开采对中部残煤应力分布、移动变形、破坏特征等造成的影响,得到结论:在此类工程问题中,“上-下-中”开采顺序对中部残煤及其顶底板岩层的扰动影响更小。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD325;TD823

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本文编号：2339142