急傾斜下保護(hù)層開采保護(hù)范圍及影響因素研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的不斷增加,煤與瓦斯突出日益成為制約礦井安全高效生產(chǎn)的主要因素,而開采保護(hù)層是最有效的區(qū)域性防突措施。保護(hù)層開采時(shí)一個(gè)重要的問(wèn)題就是保護(hù)范圍的劃定,然而我固西南地區(qū)大多數(shù)煤層都是嚴(yán)重突出的急傾斜煤層,采煤方法比較特殊,按照傳統(tǒng)的方法(即參考《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》)劃定其保護(hù)范圍,在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)偏差。
　　 因此,本文以南桐礦業(yè)公司東林煤礦的急傾斜俯偽斜下保護(hù)層開采為研究的工程背景,采用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論計(jì)算、數(shù)

2、值模擬和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)等相結(jié)合的方法,研究了急傾斜俯偽斜下保護(hù)層開采后被保護(hù)層的有效保護(hù)范圍及其影響因素。本文的主要研究成果和結(jié)論有:
　　 ①通過(guò)在煤礦現(xiàn)場(chǎng)取樣,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了煤巖層的抗壓、抗拉和抗剪試驗(yàn),獲得了保護(hù)層周圍煤巖體的各種物理力學(xué)特性參數(shù)。
　　 ②基于煤層卸壓的應(yīng)力保護(hù)準(zhǔn)則和變形卸壓準(zhǔn)則,建立了俯偽斜下保護(hù)層開采的有限元三維數(shù)值模型,對(duì)俯偽斜下保護(hù)層開采后覆巖的移動(dòng)變形和卸壓程度進(jìn)行了數(shù)值模擬分析研究,并對(duì)

3、被保護(hù)層的有效保護(hù)范圍進(jìn)行了分析和計(jì)算,確定了被保護(hù)層的有效保護(hù)范圍。結(jié)果表明:保護(hù)層開采在傾斜方向的上部和下部卸壓角分別為90°和80°,沿走向方向的卸壓角在傾斜上、中、下部呈不均勻分布,其大小為44°～68°,安全起見(jiàn)按44°劃定走向方向的卸壓保護(hù)角。
　　 ③通過(guò)開展東林煤礦俯偽斜下保護(hù)層開采的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),確定了研究區(qū)域內(nèi)下保護(hù)層開采保護(hù)范圍的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用馬麗散固化劑結(jié)合水泥石膏漿機(jī)械封孔的方法能更好的密

4、閉鉆孔,使瓦斯壓力參數(shù)的測(cè)定更加準(zhǔn)確；保護(hù)層開采的傾向下部卸壓角為83°,走向卸壓角為45°,保護(hù)層工作面超前被保護(hù)層掘進(jìn)工作面的最小距離為53 m。數(shù)值模擬計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)考察的結(jié)果比較接近,本文采用的數(shù)值模擬方法劃定俯偽斜下保護(hù)層開采的保護(hù)范圍是可行的。
　　 ④針對(duì)急傾斜煤層開采后冒落矸石在采空區(qū)沿傾斜方向的不均勻充填,在傾斜上部無(wú)充填,中部充填較弱,下部充填較為密實(shí)的情況。本文對(duì)充填體產(chǎn)生的支撐載荷進(jìn)行了分析,建立了充填體對(duì)頂

5、板的支撐載荷函數(shù)。
　　 ⑤根據(jù)彈性薄板理論,建立了基于采空區(qū)不均勻充填的俯偽斜下保護(hù)層開采后基本頂?shù)囊苿?dòng)變形和破壞的力學(xué)模型,推導(dǎo)出了俯偽斜基本頂?shù)膿锨瘮?shù),并根據(jù)Marcus修正解計(jì)算和分析了基本頂初次破斷的極限跨距；在此基礎(chǔ)上提出了俯偽斜下保護(hù)層開采基本頂初次來(lái)壓時(shí)的項(xiàng)板管理方法。
　　 ⑥基于關(guān)鍵層理論,采用理論計(jì)算分析和數(shù)值模擬的方法確定了急傾斜下保護(hù)層開采后上覆巖層中的關(guān)鍵層,并計(jì)算了關(guān)鍵層的初次破斷距；結(jié)合