房柱式采空区残留煤柱对下煤层开采矿压显现规律影响研究

发布时间：2020-03-28 08:21

【摘要】：我国以前采用的一些落后的采煤方法,形成房柱式采空区,近些年会遇到在房柱式采空区下煤层开采的问题。上部煤层采用房柱式开采后在采空区遗留了大量煤柱,当进行下煤层开采时,残留煤柱向下传递的应力作用在下煤层工作面顶板上,使得工作面矿压显现规律有别于普通的单一煤层开采,论文用理论分析、现场实测数据、数值模拟等方法,研究浅埋煤层房柱式采空区中残留煤柱的集中应力对下煤层开采的矿压显现的影响,主要内容与结论有:(1)将上部荷载作用在煤柱上,通过煤柱向下部岩体传递,建立力学模型通过半平面体理论得到单一房式煤柱和多个房式煤柱在底板中的应力传递规律,并确定煤柱向下传递的影响范围。建立区段隔离煤柱受力的力学模型得到其向下的应力传递规律,在过区段隔离煤柱下开采时会对工作面产生比较大的影响。(2)考虑上部采空区残留煤柱上的应力向下传递作用在下部煤层的关键层上,通过建立弹性固支梁和悬臂梁力学模型得到基本顶的初次来压步距和周期来压步距,由于残留煤柱应力的影响使得作用在关键层上的荷载集度增大从而使来压步距变小。通过对基本顶结构的分析,将其变化为“单回转岩块”结构,得出了支架的工作阻力。(3)结合工程实例,通过理论计算得到了房柱式采空区下煤层开采的周期来压步距和合理的支架工作阻力,结果显示与现场数据比较接近。而在过区段隔离煤柱时由于煤柱集中应力的突然释放和上覆岩层的关键块体的回转会造成压架事故。通过数值模拟方法模拟回采过程中的矿压现象,显示上部房柱式小煤柱对下煤层开采影响较小,而区段隔离煤柱影响比较大,当回采工作面过区段隔离煤柱时容易发生动载压架,采用提前预裂爆破松动煤柱的顶板控制技术,以保证工作面的安全回采。
【图文】：

对称分布,煤柱,应力等值线,底板

xz 图 2.9 单一煤柱在底板中的应力等值线图力等值线可以很清楚的看到：水平方向应力等值线呈现“桃仁”型，剪切应力心对称分布。水平应力会随着深度的增置向下水平应力的衰减程度大于两侧，小，其在竖直方向上的减小程度远小于位置对称分布，说明关于煤柱对称两侧的。根据经典岩石力学理论，煤层开采前采后的底板中的应力分布来分析煤柱对煤柱的集中应力的影响范围，引入应力应力的比值作为依据，因此可得：,x zx zk kq q 别为水平和竖直应力集中系数。

等值线图,煤柱,底板应力,集中系数

xz 图 2.9 单一煤柱在底板中的应力等值线图由图 2.9 的应力等值线可以很清楚的看到：水平方向上的应力等值线呈现“气泡，竖直方向上的应力等值线呈现“桃仁”型，剪切应力等值线呈现“枣叶”型，应值线关于煤柱中心对称分布。水平应力会随着深度的增加在水平方向上的影响越来，，在煤柱中心位置向下水平应力的衰减程度大于两侧，竖直应力随着深度的增加而直方向上逐渐减小，其在竖直方向上的减小程度远小于在水平方向。剪切应力在煤方关于煤柱中心位置对称分布，说明关于煤柱对称两侧的剪切应力大小相等方向相着左右下角减小。根据经典岩石力学理论，煤层开采前原岩应力会随着覆岩深度的而增大，对比开采后的底板中的应力分布来分析煤柱对其的应力分布影响。为了便于分析煤柱的集中应力的影响范围，引入应力集中系数来分析，将求得的与煤柱上的附加应力的比值作为依据，因此可得：,x zx zk kq q （2.2式中xk 、zk 分别为水平和竖直应力集中系数。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD32

【参考文献】