大采高综放采场覆岩运移与支架-围岩关系研究

发布时间：2020-06-14 11:14

【摘要】：随着煤炭工业的快速发展及煤炭开采技术的不断改进,厚度大于14m的特厚煤层的开采相继进行,开采方式以大采高综放一次采全高为主。煤层开采厚度越大,工作面矿压显现危害越严重且基本顶失稳时呈现新的破断形式,采场液压支架支护阻力加大,煤层采后上覆岩层扰动严重,地表下陷程度加深,另外,采空区与非采空区下特厚煤层开采时来压规律也有所区别。针对特厚煤层开采出现的上述问题,本文以斜沟煤矿13~#煤层开采为工程背景(上部多区域为8~#煤层采空区),采用理论分析、数值模拟及现场测试等方法进行研究,主要研究内容及结论分析如下:(1)使用数值模拟方法探究了斜沟煤矿13~#煤层开采工作面围岩超前支承应力演变规律,研究以采空区下开采为主。研究发现,受8#煤层采后围岩卸压影响,距离8#煤层采空区越近的岩层中支承应力越小且随工作面推进变化规律不明显;受8#煤层煤柱集中应力影响区域工作面超前支承应力较大;在相同推进度下工作面不同位置处,越靠近工作面中间位置,煤壁中支承应力峰值越大,随着推进度的增加,煤岩层中峰值应力有略微增大趋势,且峰值超前煤壁距离降低。采用现场监测方法对工作面顺槽中液压支柱压力进行监测,发现在测点距工作面10m处支承压力开始缓慢上升,约5m处达到峰值。(2)采用经验公式计算与数值模拟试验对斜沟煤矿双组煤层采后覆岩破坏特征进行研究,结论如下:8~#煤层采后覆岩垮落带发育高度28.9m~30m,裂隙带发育高度85m~125m;8~#煤层与13~#煤层全采完后覆岩垮落带发育高度95m~102m,裂隙带发育高度270m~300m;数值模拟结果显示,8~#煤层采后表土层最大下沉量为1.76m,13~#煤层采完后地表最大下陷高度约8.97m。(3)经过理论分析13~#煤采后覆岩结构,得出:基本顶垮落后难以形成砌体梁结构,易形成悬臂梁结构,回转时可看作外伸梁结构对其进行受力分析;研究出适用于较薄直接顶地质条件下大采高综放开采工作面的支架—围岩耦合关系;推导出适合采空区下及非采空区下薄直接顶特厚煤层开采的支架—围岩力学模型及支护阻力计算经验公式。(4)采用数值模拟方式确定了在有无上覆采空区两种情况下斜沟煤矿13#煤层开采时工作面液压支架工作阻力,结合现场实测方式验证了理论推导出的支架—围岩力学模型及工作面液压支架工作阻力计算公式的准确性及适用性。(5)采空区下大采高综放采场来压规律区别于非采空区下表现特征为:基本顶周期来压不明显,整个过程来压强度呈阶段性变化,第一阶段(工作面进采空区阶段)第三阶段(上位基本顶来压阶段)第四阶段(工作面出采空区阶段)第二阶段(工作面处于卸压区阶段)。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD325

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本文编号：2712699