近距离煤层煤柱采空区下长壁普采矿山压力及控制研究

发布时间：2020-02-05 15:59

【摘要】：近距离煤层煤柱采空区下长壁普采是指两煤层相距较近并采取下行式的开采顺序，在开采上煤层时采用煤柱支撑法管理顶板，而对于下煤层则采用普通机械化的采煤工艺方式进行开采。在这种情况下，下部煤层回采工作面的矿山压力显现规律、支护结构与围岩的控制关系、回采巷道的布置特点及支护方式等均具有特殊性。本文以一0四煤矿B4、B5煤层为研究背景，首先讨论了近距离煤层的判定方法并概述了煤柱支撑法的具体含义及其目前的发展现状，继而依据B4煤层的实际开采情况，运用矿山压力与岩层控制、材料力学中相关理论对B4煤层开采后其顶板各岩层的运动特征、采空区内残留煤柱的稳定状态及其在底板内应力的分布规律进行了分析。在此基础上，以材料力学中“梁”和“板”相关理论计算出开采B5煤层时老顶的初次来压步距及周期来压步距。理论计算确定出了B5煤层回采工作面支护设备的选型、合理的支护密度及回采巷道的合理布置位置。采用FLAC3D数值模拟软件，以两煤层的实际赋存状况及开采特点建立模型，，模拟出B4煤层开采后残留煤柱内及其在底板内的集中应力分布状况，在此基础上分析当回采工作面取不同长度时，工作面及回采巷道的受力状况，最终确定回采工作面的合理长度及在开采过程中应采取的技术措施。最后，当回采巷道布置在残留煤柱下方时由于集中应力的影响，以工程类比法为主要手段确定出回采巷道锚杆的合理参数，设计出在回采巷道的合理支护方案。主要得出以下结论：（1）B4煤层以煤柱支撑法开采后老顶因采空区内残留煤柱的支撑作用不会断裂，采空区残留煤柱也处于稳定状态，煤柱底板5m内是集中应力的主要影响范围。（2）B5煤层开采后老顶的初次来压步距在47.5~64.4m的范围内，周期来压步距为19.45m。回采工作面支柱排距a取0.8m、柱距b取0.6m。在B5煤层回采时应采取调整采高、调斜工作面开采及快速通过煤柱下区域等开采措施。（3）确定B5煤层回采工作面的合理长度为120m。对回采巷道的顶底角应采用注浆锚杆对围岩进行加固，以控制巷道变形。在巷道两帮布置卸压孔，从而将集中应力向巷道深部转移，以减小支护结构所承受的矿山压力。
【图文】：

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煤岩层物理力学测定结果，确定出的煤岩体物理力学参数如下表所示：表4.1 一0四煤矿煤岩层物理力学参数测定结果岩石名称体积模量/103MPa剪切模量/103MPa密度Kg/m3摩擦角/ °粘结力/MPa抗拉强度/MPa泊松比粉砂岩 6.70 2.30 2650 38 6.00 4.1 0.35炭质泥岩 1.57 1.27 2400 30 2.75 1.5 0.18页岩 2.10 1.30 2550 28 9.00 2.5 0.25B4 煤层 0.84 0.39 1400 36 2.50 0.6 0.30B5 煤层 0.82 0.38 1400 36 2.50 0.6 0.30砂质泥岩 1.95 1.46 2500 30 3.25 1.95 0.20依据上述条件建立出如图 4.1 所示的总体模型，图 4.2 为总体模型的 B4 煤层剖面图。

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内蒙古科技大学硕士学位论文-31-图4.2 整体模型剖面图4.3B4 煤层数值模拟结果分析图4.3 至图4.5 分别为B4 煤层回采工作面顶底板及煤柱内垂直应力、水平应力及最大主应力的分布云图。图4.3 回采工作面顶底板及煤柱内垂直应力的分布云图
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD353

【参考文献】