韩家湾煤矿浅埋近距煤层房柱式采空区上行开采研究

摘要

残采区上行开采实质上是回收采空区上方遗留煤层。而上行开采的核心问题是上、下煤层开采共同影响作用下上部煤层底板岩层结构。因此，进行残采区上行开采层间岩层结构的研究，对于促进上行开采技术的发展和高效回收历史弃采煤层，有着重要意义。 本文以国家自然科学基金“浅埋近距房柱式采空区上下残采围岩结构及失稳机理研究”为依托，以韩家湾煤矿房柱式采空区1-2煤上行开采为背景，通过实验研究、理论分析、数值模拟相结合的方法，对房柱式采空区上行开采的层间岩层结构、可行性判定理论及方法进行了研究。主要研究内容及成果如下： (1)通过相似模拟实验分析得出2-2煤、1-2煤开采、煤柱和层间岩层基本没有发生变形和破坏，2-2煤顶板形成典型的粱、板结构。结合理论分析建立了房柱式采空区上行开采层间岩层结构的力学模型．无梁盖结构，并对层间岩层进行了力学解析并得出房柱式采空区上行开采层间岩层失稳判据。 (2)利用FLAC3D数值软件模拟了韩家湾房柱式采空区1-2煤上行开采，模拟结果显示，随着2-2煤开采，煤柱应力向两侧采空区转移，中心房柱煤柱应力集中现象明显，两侧房柱煤柱应力集中缓和。随着1-2煤上行开采工作面的推进，房式采空区项板岩层形成明显的“卸压拱”和“增压拱”交替出现的情况，其中中间煤柱的“增压拱”最大，也未达到上部开采煤层的底板，层间岩层控制层全部为受压力，并形成压力稳压区，层间岩层存在作为房柱式采空区上行开采的控制层。根据房柱式采空区上行开采技术判定理论并结合韩家湾条件得出1-2煤上行开采层间控制层的抗拉强度和抗剪强度均在极限强度以下，故控制层可保持稳定，韩家湾1-2煤上行开采是安全可行的。

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1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 上行开采国外研究现状

1.2.2 上行开采国内研究现状

1.2.3 岩层结构和煤柱稳定性研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 技术路线

2 房柱式采空区上行开采相似模拟研究

2.1 研究区概况

2.1.1 研究区域位置

2.1.2 2-2煤层赋存条件及开采概况

2.2 相似模拟实验方案

2.2.1 实验原理

2.2.2 实验研究内容

2.2.3 实验设计

2.2.4 实验参数

2.3 相似模拟结果分析

2.3.1 2-2煤层开采覆岩破坏特征分析

2.3.2 1-2煤层开采覆岩破坏特征分析

2.3.3 煤柱应力变化规律分析

2.3.4 岩层移动规律

2.3.5 层间岩层破坏规律

2.4 本章小结

3 上行开采层间岩层结构和煤柱稳定性研究

3.1 房柱式采空区上行开采层间岩层结构稳定性分类

3.2 采动影响下煤柱的稳定性研究

3.3 采动影响下层间岩层结构稳定性研究

3.3.1 房柱式采空区上行开采层间岩层结构模型建立

3.3.2 房柱式采空区上行开采层间岩层结构解析

3.4 本章小结

4 上行开采层间岩层运移规律数值模拟研究

4.1 计算程序简介

4.2 计算模型及参数

4.2.1 计算模型

4.2.2 计算参数

4.3 模型方案设计

4.4.1 2-2煤层房柱式应力场分析

4.4.2 垂直位移分布特征

4.5 1-2煤层长壁开采数值模拟结果分析

4.5.1 上部煤层长壁式开采应力场分析

4.5.2 剪应力τxy分布特征

4.5.3 垂直位移分布特征

4.6 本章小结

5 上行开采技术条件判定及现场实验方案

5.1 房柱式采空区上行开采技术条件判定方法

5.2 韩家湾1-2煤上行开采可行性判定

5.3 韩家湾1-2煤上行开采的试验研究方案

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致 谢

参考文献

附 录