近距离下煤层回采巷道布置方式及支护技术研究

发布时间：2020-08-12 17:38

【摘要】：煤炭工业的快速发展反映了煤炭在资源结构中的关键地位,而埋藏条件较好的煤炭资源已接近枯竭,所以煤层赋存条件相对差的的近距离煤层开采,渐渐受到人们的重视。近距离煤层分布范围较广,在我国很多井田都有近距离煤层分布,近距离煤层对于传统单一煤层开采而言,其存在一定的差异性,其差异因素包括选择合理的开采顺序、上下煤层遗留煤柱应力分布特征、回采巷道合理布置方式及巷道支护等方面。尤其是近距离煤层下行开采,上煤层开采后采空区遗留煤柱及巷道围岩应力重新分布会给下煤层回采巷道的稳定性带来消极影响,且下煤层开采时,顶板已经受到上煤层开采损伤破坏影响,从而增加了下煤层回采巷道围岩控制的难度。下煤层回采巷道围岩控制的关键是回采巷道合理布置方式及近距离煤层支护体系的构建,因此,下煤层回采巷道合理布置方式和巷道支护系统是近距离煤层安全高效开采的重难点研究内容。本文以神州煤业一采区南翼近距离煤层(8#、10#煤)开采为研究背景,通过模糊数学综合分析、理论分析计算与数值模拟相结合的方法,针对神州煤业近距离煤层(8#、10#)下层10#煤回采巷道合理布置方式与支护体系的构建展开详细深入的分析研究,并得到以下研究结论:(1)结合矿井地质条件、煤(岩)物理力学参数测试及围岩窥视对煤层顶底板岩性、节理和裂隙发育进行初步分析。(2)收集类似地质条件的煤巷围岩稳定性分类指标数据,采用模糊数学的方法进行模糊聚类分析,运用Matlab进行迭代计算,进而得到神州煤业下组煤回采巷道围岩稳定性级别,为巷道合理布置及支护系统的构建提供理论支撑。(3)分析煤柱下应力分布规律,通过滑移线场理论进行理论分析,由数学方法化简求得上煤层采空区遗留煤柱对底板的最大破坏深度理论计算公式,结合地质资料及围岩力学参数测试数据,得到上煤层开采对底板的最大损伤深度理论计算值为1.45m;理论计算过程中,运用极限平衡理论求得煤柱一侧采空时塑性区宽度计算公式。(4)分别研究煤柱在一侧采空和两侧采空两种情况下,其支承压力分布与应力分布特征,从而得到不同状态下的上煤层遗留煤柱稳定性分析;结合矿井地质资料及煤岩物理力学性质参数,计算得到上煤层(8#)煤遗留煤柱塑性区宽度为1.90m,煤柱保持其稳定性的最小宽度取值范围为:5.13m~6.46m,由8103工作面作业规程可知,上层煤8103工作面采空区遗留煤柱宽度为20m,其远大于煤柱保持稳定状态的理论宽度值;理论计算得到下层煤(10#)煤柱塑性区宽度值为3.78m,煤柱保持其稳定性的最小宽度取值范围为:9.86m~12.16m。(5)分析煤柱支承压力分布简化模型与煤柱应力传播影响的范围,求得下煤层回采巷道与上煤层遗留煤柱合理错距的理论计算公式,结合矿井地质资料及煤岩物理力学性质参数,计算得到L≥4.4m。根据理论合理错距值,同时结合矿井实际情况,进而提出三种下煤层回采巷道布置方案,并从围岩控制、采出率及成本等方面进行对比,同时通过数值模拟对三种方案进行模拟计算,得到巷道布置方式初选方案。(6)针对不同错距下煤层回采巷道布置方式,采用FLAC~(3D)数值模拟软件进行模拟计算,针对错距与巷道围岩稳定性的影响规律进行分析,最终得到下煤层回采巷道合理内错距为10m。(7)通过分析近距离煤层破碎围岩巷道锚杆支护作用机理、近距离煤层巷道支护理论及原则,同时针对上煤层8103工作面回采巷道已有支护进行强度校核,据此进一步提出下煤层回采巷道支护方案为:锚杆+金属网+工字钢棚联合支护,并给出相应的支护参数。现场监测下煤层回采巷道支护后的巷道围岩变形量,进一步检验支护效果。
【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】：TD353
【图文】：

太原理工大学硕士研究生学位论文力分布特征及塑性区破坏范围，并结合理论错距值，确定下煤层回采巷道内错距。（4）近距离下煤层回采巷道支护技术研究通过分析神州煤业近距离煤层层间岩性及矿压显现规律，并对上煤层 8103工作面运输巷及回风巷已有支护进行强度校核；结合矿井实际情况，进一步提出下煤层回采巷道的支护方案，并对 10103 工作面回采巷道支护效果进行现场围岩变形监测。1.5 论文研究的技术路线本文的技术路线图如图 1-1 所示。

太原理工大学硕士研究生学位论文煤层厚 0.92m～2.10m，平均厚 1.33m，结构简单，一般含有一层夹矸，顶板为深灰色石灰岩，中间夹炭质泥岩；底板为泥岩和炭质泥岩。8#煤在井田南部范围内较薄，到西北部逐渐变厚，在井田东北部与 10#煤层合并。10#煤位于太原组碎屑岩含煤段，埋深 237.34～450.70m，平均 334.14m。煤层厚 1.4m～6.86m，平均厚 3.34m，一般含 2～3 层泥岩夹矸，顶板为泥岩，夹有＜0.1m 炭质泥岩，底板岩性为泥岩，部分区域夹有砂质泥岩。8#煤和 10#煤层间距 0～7.34m，平均层间距 4.72m，在矿井东北部两层煤合并为一层。一采区南翼10103 首采工作面长度 210m，推进长度 1070m。煤层对比及地质柱状图如图 2-所示。本研究的工程背景为神州煤业一采区南翼下煤层（10#）近距离煤层开采，由矿井地质资料可知，一采区南翼 10#煤层厚 1.6m～2.9m，平均厚 2.30m。

太原理工大学硕士研究生学位论文于北翼运输大巷 350 米处的临时水仓位置，顶板向上取芯 14 米，底板向下取芯5 米；2 号钻孔取芯点位于一采区运输巷皮带机头位置，顶板向上取芯 14 米，底板向下取芯 5 米；3 号钻孔取芯位于一采区运输巷约 425 米移动救生舱位置，顶板向上取芯 14 米，底板向下取芯 5 米。钻孔取芯具体位置如图 2-2 所示。

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本文编号：2790827