浅埋煤层间隔式采空区下动压防治研究

发布时间：2020-04-13 18:50

【摘要】：神东矿区是我国典型的浅埋近距离煤层群开采矿区,矿区开发早期,多采用传统的房柱式开采,形成了大量柱式采空区。由于近距离煤层下煤层开采时常因上覆采空区内煤柱突然失稳,对下煤层开采带来严重的安全隐患。本文以南梁煤矿间隔式采空区下30105工作面为研究对象,综合采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟和现场实测等多种研究方法,分析间隔式采空区集中载荷对近距离煤层开采时顶板破断过程中动载的形成以及动压防治技术进行研究。采用理论分析,建立了工作面过集中煤柱前关键层“均布载荷梁”结构力学模型,揭示了“均布载荷梁”的破断是导致强矿压发生的原因,此位置为动载易发区;工作面出集中煤柱时,关键块回转失稳形成铰接结构,上覆岩层作用于铰接结构的载荷直接传递到支架,对支架形成冲击是发生动载矿压的根本原因,此位置为动载矿压发生区。通过物理相似模拟实验表明,集中煤柱未弱化时,工作面在进煤柱、出煤柱7m时作用于“均布载荷梁”的力传递到支架发生强矿压及作用于铰接结构的力传递到支架引发动载矿压;煤柱弱化后,未发生剧烈矿压显现,说明煤柱弱化能有效避免动载矿压发生。基于UDEC模拟软件对工作面进出间隔煤柱以及集中煤柱弱化前后支承压力及上覆岩层破断运移规律进行了分析,工作面过间隔煤柱,间隔煤柱整体发生了破坏,间隔采空区下开采未出现剧烈的矿压显现。集中煤柱弱化后较弱化前,于进煤柱及出煤柱10m二个位置支承应力峰值有所降低,由原岩应力的2.9倍降低至1.7倍,矿压显现缓和,应力影响区范围从17～20m降低至12～15m。结合现场实际情况,提出了对集中煤柱进行爆破弱化防治措施,弱化后大大降低了煤柱集中应力对下煤层开采的影响。通过监测工作面过弱化煤柱支架阻力表明,集中煤柱通过爆破弱化后,其顶板各阶段来压强度并不高,支架能够满足生产要求。研究成果为矿区内相似条件下工作面安全开采提供理论依据。
【图文】：

岩石物理,力学实验,力学参数,煤岩

2 浅埋间隔式采空区煤柱稳定性及覆岩破坏特征2.2 煤岩物理力学分析2.2.1 煤岩物理力学参数煤岩物理力学参数是设备选型的依据，也是研究采动覆岩规律和围岩稳定性的基础由于本文主要研究 2-2煤、3-1煤及其层间岩层，故需要分别对其顶、底板进行采样，采集煤岩样进行实验室实验，其过程如图 2.3 所示，测定其物理力学参数，见表 2.1。

实验仪器设备,煤柱

3 浅埋间隔式采空区下覆岩垮落物理相似模拟的集中煤柱，再开挖 50m，形成采空区，再留设宽度 45m 集中煤柱，再开挖 50m，在模型右侧留设 30m 边界煤柱，模型第 1 个集中煤柱不弱化，第 2 个集中煤柱进行弱化，目的是对比弱化前后煤柱对下煤层工作面的影响。下煤层先从左侧向中间回采，回采完后，再从右侧向中间回采。结合左侧工作面回采中工作面过集中煤柱时上覆岩层垮落规律以及矿压显现特征，，并通过对右侧集中煤柱进行对应弱化，模拟集中煤柱弱化前后工作面进、出煤柱阶段覆岩垮落规律及矿压显现特征。3.2 监测系统设计（1）3-1煤工作面支架阻力监测、支承压力监测采用模拟支架，模拟支架宽度 4cm，长度 20cm。监测下煤层开采过程中工作面支架工作阻力，得出支架工作阻力变化规律，如图 3.2（a）所示。采用压力计算机数据采集系统对工作面推进过程中支承压力变化进行实时监测，见图 3.2（b）所示。在 3-1煤层底板铺设压力传感器监测下煤层工作面超前支承压力分布变化情况。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD325.3

【参考文献】