急斜煤層大段高安全開采圍巖控制基礎(chǔ)研究.pdf

1、新疆烏魯木齊礦區(qū)蘊藏著豐富的急斜煤層開采資源。水平分段放頂煤作為急斜煤層開采的一種科學(xué)方法已成為礦區(qū)目前唯一采用的開采方式，而以往的開采實踐與理論研究成果均表明增加工作面分段高度是提高礦區(qū)煤炭產(chǎn)量的主要手段?！笆晃濉逼陂g，按照國家煤礦安全監(jiān)察局對烏魯木齊礦區(qū)急斜放頂煤工作面采放比不超過1:8的要求，礦區(qū)各生產(chǎn)礦井的工作面分段高度將逐步提高至30m。如此大段高開采條件下支架能否保持良好的運轉(zhuǎn)特性、圍巖是否存在大范圍垮落的危險性、工作面采

2、出率如何保證是論文研究的三個主要問題，而其核心是在對工作面圍巖運移特征深入了解基礎(chǔ)上，研究不同傾角急斜煤層合理段高的取值范圍以及進一步增強圍巖可控性的方式，即急斜煤層大段高開采條件下的圍巖控制理論研究。本論文正是在對比、分析及總結(jié)急斜煤層以往相關(guān)研究成果基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)場實測、理論分析、相似材料及數(shù)值模擬試驗的手段，專門針對大段高工作面開采的以上問題進行了深入研究。 基于急斜煤層賦存條件復(fù)雜的實際情況，論文首先在現(xiàn)場實測中建立了急

3、斜煤層分段放頂煤工作面的立體監(jiān)測模式，實現(xiàn)了對工作面礦壓顯現(xiàn)及圍巖運移變化規(guī)律的多方位監(jiān)測。實測表明，支架在走向上分區(qū)域承受了不同高度范圍內(nèi)頂煤體完全破壞后的壓力，基本頂巖層的垮落區(qū)域位于煤壁后方采空區(qū)內(nèi)。工作面沿走向具有明顯的周期性礦壓顯現(xiàn)，但支架的工作阻力并沒有隨著段高與采深的增加而大幅度增加，說明支架會受到其上方(煤體及采空場)沿走向臨時結(jié)構(gòu)的保護作用。其次，在放頂煤試驗中頂煤體冒落拱形式的破壞及低位拱失穩(wěn)后被上位拱所取代的方式說

4、明支架還會受到頂煤體中沿傾向結(jié)構(gòu)的保護作用。因此，保證了大段高開采條件下支架良好的運轉(zhuǎn)特性。 進一步的典型傾角急斜煤層相似模擬對比試驗表明，頂板巖層中存在“卸載拱”結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的存在，使工作面開采過程中裸露的頂板巖層僅承受拱內(nèi)巖層的作用。傾角較大的急斜煤層，開采過程中由于受到“階梯”形收口處及沿槽形采空區(qū)域下移的垮落體對頂板巖層的支承作用，頂板巖層的穩(wěn)定性大幅提高。 理論分析中借助巖層板破斷的小撓度理論，推導(dǎo)出了急斜煤層

5、分段放頂煤開采條件下不同傾角的合理段高取值范圍，從理論上論證了分段放頂煤工作面在段高所在范圍內(nèi)避免圍巖大范圍垮落的基本條件是具備的，工作面采出率也可以得到保證。傾角55°以上的急斜煤層，進行30m的大段高開采是可行的?！　　≡谶M一步提高圍巖可控性研究方面，填裝了總重量達18.6t，且在國內(nèi)外急斜煤層研究中迄今為止所填裝的最大規(guī)模的大型組合堆體立體模擬試驗。試驗揭示了急斜煤層的沉陷特征。即開采后地表為多次反復(fù)沉陷，塌陷坑內(nèi)垮落體由底板側(cè)朝

6、頂板側(cè)呈臺階式下降分布，充填時應(yīng)由底板側(cè)沿臺階式下降體開始多次充填。而對于充填體作用機理的研究則表明：急斜煤層開采后，如果圍巖的自然充填體與人工充填體可以較好地沿煤體開采后形成的槽形采空區(qū)域下移，并在此過程中對頂板起到結(jié)構(gòu)支撐作用，則有利于形成工作面上方暫時穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，控制頂?shù)装宓倪\動，防止工作面大范圍懸空后頂板大范圍垮落可能形成的災(zāi)害。 總體上，論文在對急斜煤層大段高工作面開采圍巖破壞特征深入研究基礎(chǔ)上，提出了選取工作面合理段