刀柱采空区下极近距离煤层联合综放开采矿压显现规律研究

摘要

近距离煤层开采不同于单一煤层开采，其矿压显现规律存着显著的差异。上部煤层选择的开采方式对于近距离煤层下部煤层的开采造成的影响也不尽相同，且随着煤层层间距的减小，这种影响程度会随之增大。刀柱采空区下极近距离煤层开采同时具备了煤层间距非常小和上部煤层遗留煤柱对于下部煤层的开采作用十分明显的特点。由于上部煤层经刀柱法开采后遗留了大量的煤柱，受到煤柱的应力集中的影响，下部煤层的顶板特征、覆岩结构、支架和围岩的相互关系、开采时的矿压显现特征等方面全部体现出较大差异性。王封煤矿现在主要开采的9号煤层，距离其上部8号煤层间距仅仅为0.75m，且8号煤层采用刀柱法开采后遗留了大量的煤柱，9号煤层采用“采9放8”联层综放进行开采，属于上述讨论的范畴。
　　本文基于王封煤矿的实际作为研究蓝本，以实地调研、实验室物理力学参数测定得到的信息为出发点，综合运用理论分析结合相似模拟实验研究9号煤层开采时采场的矿压显现规律，最后通过在井下展开的矿压观测进一步验证和丰富了矿压显现特征的内涵。主要研究内容如下：
　　1、通过理论分析了遗留煤柱的受载状态特征和煤柱自身的强度极限，同时还对煤柱塑性区分布特征进行了讨论，从而对煤柱的稳定性展开了综合分析。
　　2、探究了上部煤层遗留煤柱向底板传递应力的分布规律。
　　3、构建了刀柱采空区下极近距离煤层采场覆岩结构模型，基于弹性力学对固支梁及悬臂梁结构模型进行理论计算确定了顶板初次及周期来压步距。
　　4、根据刀柱采空区下极近距离煤层开采覆岩运动规律，将“载荷层一老顶一煤柱一直接顶一支架”这一整体结构分为两个通过煤柱联系的子结构，并求得支架合理的支护阻力。
　　5、基于王封煤矿9101工作面设计了相似模拟实验，对采场上覆岩层的垮落规律以及开采应力变化规律进行了分析。
　　6、通过在现场进行的矿压观测进一步对刀柱采空区下极近距离煤层联层综放开采矿压规律展开了探究，与理论计算得出的结论基本吻合。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题的目的与意义

1.2 研究现状

1.3 极近距离煤层研究存在的主要问题

1.4 论文的研究内容和技术路线

第二章 矿井工程概况

2.1 工作面位置及布置方式

2.2 地质和水文情况

第三章 刀柱法开采煤柱稳定性分析及应力传递规律

3.1 煤柱稳定性分析

3.2 煤柱底板应力规律分析

3.3 本章小结

第四章 刀柱采空区下极近距离煤层开采覆岩结构特征分析

4.1 覆岩特征分析

4.2 顶板初次破断极限跨距分析

4.3 顶板周期破断极限跨距分析

4.4 顶板破断运动力学分析

4.5 本章小结

第五章 刀柱采空区下极近距离煤层开采矿压显现规律相似模拟

5.1 相似模拟实验内容

5.2 相似模拟实验设计

5.3 相似模拟实验结果分析

5.4 本章小结

第六章 刀柱采空区下极近距离煤层开采矿压规律实测分析

6.1 观测方案

6.2 工作面来压特征

6.3 支架工作阻力分析

6.4 回采巷道矿压观测结果分析

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 不足与展望

参考文献

致谢

附录：攻读学位期间的学术成果