浅埋煤层房式采空区下开采煤柱稳定性研究下载

weixin_39820535 2020-09-29 12:00:57

房式采空区煤柱留设状况复杂,房柱及隔离煤柱结构的失稳对下位煤层回采工作面造成严重影响,为掌握浅埋煤层房式采空区下开采的矿压显现特征,确保煤矿安全生产,以石圪台矿2~#、3~#煤层为工程背景,通过理论分析和数值模拟方法,揭示了2~#煤层6 m×8 m房柱和20 m隔离煤柱带的应力场分布特征以及下位回采工作面过房式采空区的围岩应力特征和塑性区演化规律。结果表明:在2~#煤层房式采空区6 m×8 m房柱失稳结构下,3~#煤层应力处于卸压状态,应力降低16%;3~#煤层在开采过程中,超前支承压力最大峰值均处于2~#煤层留设20 m隔离煤柱及房柱失稳区域下方。
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房式采空区煤柱留设状况复杂,房柱及隔离煤柱结构的失稳对下位煤层回采工作面造成严重影响,为掌握浅埋煤层房式采空区下开采的矿压显现特征,确保煤矿安全生产,以石圪台矿2~#、3~#煤层为工程背景,通过理论分析和数值模拟方法,揭示了2~#煤层6 m×8 m房柱和20 m隔离煤柱带的应力场分布特征以及下位回采工作面过房式采空区的围岩应力特征和塑性区演化规律。结果表明:在2~#煤层房式采空区6 m×8 m房柱失稳结构下,3~#煤层应力处于卸压状态,应力降低16%;3~#煤层在开采过程中,超前支承压力最大峰值均处于2~#煤层留设20 m隔离煤柱及房柱失稳区域下方。

为了降低房柱式采空区煤柱失稳引发顶板灾害的危险性,通过建立浅埋煤层房柱式采空区单个煤柱失效引发大面积垮落的数值模型,对房柱采空区煤柱的承载特征进行分析,得到了房柱式采空区煤柱尺寸对整个采空区稳定性的影响关系。基于房柱式采空区煤柱应力与强度的关系,建立了浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统数学分析模型,借助数值模拟方法,对鄂尔多斯地区奎乌煤矿房柱式采空区顶板-煤柱群系统的稳定性进行迭代计算,可对该矿房柱式采空区的稳定性及破坏发展过程进行预测,为浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统稳定性的评价提供了理论支持,同时再现了在流变条件下诱发大面积顶板灾害的煤柱群失稳过程。

针对因房式采空区煤柱留设情况复杂，煤柱底板应力传递相互叠加，周期来压异常，霍洛湾煤矿3-1煤层过上覆2-2煤层房式采空区强矿压及动压现象的问题，应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法，建立了2-2煤层房式采空区复合煤柱底板传递规律模型，探讨了出煤柱时顶板覆岩结构，揭示了煤柱影响条件下3-1工作面“高应力-煤柱-覆岩运动”联合作用动压机理。研究结果表明：2-2煤层房式采空区大煤柱下的水平与垂直应力较高，达9.7~15.3 MPa；垂直应力影响深度为42~58 m，水平应力影响深度为10~23 m，剪应力波及范围25~50 m；当3-1煤层工作面在20 m或50 m宽煤柱下开采时，超前支承应力较大，应力集中系数高达4.44~5.00；3-1煤层工作面出大煤柱时的动压现象是由上下煤层应力叠加、煤柱上方倒梯形岩柱失稳与顶板垮裂运动联合作用的结果，可指导霍洛湾矿3-1煤层安全开采。

基于张家峁煤矿5-2煤层回采工作面条件,通过矿压观测,得出煤柱及工作面矿压显现规律。应用FLAC3D数值计算软件,分析了不同宽度煤柱的变形破坏特征和支承压力分布规律;在压力拱理论和Wilson理论的基础上,根据浅埋煤层上覆岩层运动特征,提出了区段煤柱漏斗载荷模型;根据载荷模型,得出煤柱上覆载荷计算公式;结合极限平衡理论和浅埋坚硬煤层特征,得出浅埋煤层区段煤柱留设宽度计算方法。

在现场调研与踏勘、勘查与治理方案编制工作的基础上,分析了浅埋煤层房采采空区主要存在资源安全隐患、井下安全生产隐患、地表建(构)筑物安全隐患、生态和社会安全隐患等4大类安全隐患,研究了浅埋房采采空区露天剥离治理技术、采空区注浆治理技术、未塌陷采空区顶板崩落治理技术、采空区残留煤柱充填回收技术等4种治理技术的优缺点和适用条件。

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