采空区下层间岩层及其垮落对特厚煤层开采的影响规律

发布时间：2017-12-21 11:29

  本文关键词：采空区下层间岩层及其垮落对特厚煤层开采的影响规律　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着煤炭工业的快速发展,浅埋深条件下的工作面已经逐渐萎缩。随着开采深度的增加,采空区下赋存的单一煤层厚6~25m及以上的特厚煤层开采纷纷展开。以大同矿区为例,该矿区主要赋存有侏罗系与石炭系双系特厚煤层。石炭系特厚煤层开采后覆岩发生运动和破坏,引起侏罗系已经稳定的采空区覆岩再次发生移动。当下层特厚煤层与上覆采空区之间的层间岩层为30~80m时,对于普通工作面,下行开采不会有明显的安全问题,但是对于采空区下14m以上的特厚煤层断裂带将直接贯通采空区,属于薄基岩近距离煤层开采。上覆采空区碎裂岩体在其底部煤层大范围开挖后,自承能力不强,以某种碎裂结构形式传递载荷并作用在下伏基岩上。当基岩不足以形成结构时,上层采空区与下层采空区全厚贯通,工作面将出现全厚切落式压架事故,工作面顶板很难具有可控性。采空区下特厚煤层大采高综放采场上覆岩层的结构将形成一种近似于浅埋深而又非浅埋深、似厚冲积层而又非厚冲积层的的结构,其采场覆岩结构有其自身的特殊性。本文通过对采空区下特厚煤层开采过程中的覆岩进行结构分析,利用相似模拟、数值模拟以及理论分析等手段进行对比试验,动态分析煤岩失稳灾变过程,结合工程现场实测数据,研究在不同厚度及岩性的层间岩层条件下的采场覆岩结构及垮落特征,分析采空区下特厚煤层大采高综放开采上覆岩层结构形式及力学传递机理与变形失稳条件,寻求控制煤岩动力灾害的主控煤岩层及结构形成与失稳条件;分析上层采空区与下层采空区全厚贯通切落压架的条件并建立对应判断准则,分析支架工作阻力确定原则和方法。得出主要结论如下:(1)从层间岩层结构垮落是否对下层煤开采有直接影响的角度分析,将下层煤垮落带是否与上层煤采空区贯通作为近距离煤层的界限。针对采空区下15m特厚煤层而言,坚硬层间岩层厚度小于60m时,属于较薄岩层,松软岩层层间岩层厚度小于15m时,属于较薄岩层。以斜沟煤矿为例,层间岩层小于56m时,属于较薄层间岩层。(2)当层间岩层较薄时,层间岩层垮落时是以块体结构的形式垮落,上覆岩层是以“拱结构”的形式垮落;当层间岩层较厚时,层间岩层是以“拱结构”的形式垮落。层间岩层较薄时的顶煤初次垮落、直接顶初次垮落和基本顶初次来压、液压支架最大工作阻力等出现的要相对较早,但对周期来压步距、顶煤垮落角、直接顶垮落角、基本顶垮落角以及矸石堆积角以及垮落岩体充填满采空区时工作面推进的距离等影响不大。(3)坚硬顶板条件下的应力变化趋势与松软顶板条件下的应力变化趋势大致相同,但其峰值等应力值稍大于同等条件下的松软顶板的应力峰值等应力值。(4)分析得出了采空区下不同层间岩层条件下支架工作阻力的计算公式,阐述了采空区下特厚煤层采场压架机理,提出了采空区积水原位弱化主控煤岩层的思路。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD823.254

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本文编号：1315906