“上垮—下柱”复合残采区中部整层弃煤开采的岩层控制基础研究

发布时间：2018-10-31 06:33

【摘要】：煤炭作为不可再生能源,其储量正日益减少,虽然世界上诸多国家希望通过清洁能源等可再生资源来逐渐代替煤炭在能源储备中的地位,但煤炭依然作为全球工业和其他产业的主体利用资源。鉴于煤炭储量的有限以及工业生活较大的需求,残煤复采工艺随之发展。一些矿井在煤炭开采过程中受多方面因素的影响放弃了厚度较小或者煤质较劣煤层的开采,这样在上下部煤层开采后中部整层弃煤开采过程中面临复杂的矿压变化、顶底板运移变形特征以及瓦斯突水事故等问题。本文以西山集团白家庄煤矿“上垮-下柱”复合残采区7号煤层为背景,主要通过理论分析、数值模拟以及相似模拟相结合的方法对7号煤层开采引起的围岩应力特征以及稳定性情况进行综合分析,进而对此特殊地质条件下煤层开采的可行性进行综合评价。主要研究内容和成果如下:(1)对复合残采区中部整层弃煤垮落式开采进行了相似模拟分析,受下部8号煤层及上部6号煤层开采带来的多次采动影响,整个层间岩层强度减弱,中部7号弃煤直接顶岩层周期性垮落距较小,垮落后块度较小,岩块相互挤压、咬合排列在煤层底板处。由于中部7号煤采动的影响,下部采空区煤柱稳定性受到一定干扰。由于叠加过煤柱的应力集中效应,煤柱进一步被剥落,顶板岩层断裂范围向上扩展,柱间垮落的梯形空间变大,导致层间岩层形成的“梁、板”结构向高位运移。(2)对复合残采区中部整层弃煤垮落式开采进行了数值模拟研究,在中部整层弃煤垮落式开采后,层间岩层的应力场特征表现为:柱采范围的层间岩层受整个采动应力场的影响较为显著,具体表现为8-1柱采区以及(3)8-4柱采区覆岩拉应力区与6号煤层工作面采空区底板拉应力区的贯通,8-3柱采区覆岩拉应力区的延伸;而且弃煤开采对刀柱煤柱覆岩应力场的影响较小。(4)对复合残采区中部整层弃煤开采对下部留设煤柱稳定性的影响进行了理论分析,分析了煤柱破坏的过程,指出指出“马鞍形”是稳定的大煤柱应力分布的典型形态即煤柱要保持稳定,就要存在核区,进一步得出了煤柱宽度的设计原则和计算方法。同时立足于传统小煤柱的实际荷载计算公式,推导出了双重采动下煤柱的实际荷载计算公式,可供多层煤上行开采,下部煤层进行刀柱开采煤柱设计时参考。(5)通过相似模拟以及理论分析相结合的方法对复合残采区中部整层弃煤开采的可行性进行了综合研究,得到结果为:下部煤层刀柱式开采后,采场上方存在“控制层”,对覆岩的变形破坏起着主要的控制作用。下部煤体采出上部煤体开采时,控制层最终由周围煤体支承,并在开采单元上方形成具有某种边界约束的三维板状结构。控制稳定性状况可以通过板结构的强度计算进行分析。上部煤层垮落式开采后,上位层间岩层的承载层维持着覆岩稳定性,上承载层的稳定性可以保证中部煤层的安全高效开采,通过对采场围岩的损伤状态以及破坏失稳深度来研究上承载层的位置。在对上承载层进行应力应变分析时,可认为该岩层为四边固支约束的矩形弹性板状结构。基于薄板弯曲的叠加原理,就可得到四边固支约束的矩形平板挠度最大值,进而判断承载层稳定性特征。经对“上承载—下控制层”稳定性的相似模拟分析,认为白家庄煤矿“上垮-下柱”复合残采区中部整层弃煤是可以安全高效开采利用的。
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【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

【参考文献】

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4 李宏星;白家庄矿残采区上行开采技术研究[D];太原理工大学;2006年

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本文编号：2301247