淋水扰动下大倾角软媒综放面“支架-围岩”系统稳定性控制研究

摘要

顶板淋水事故易于引发大倾角软煤综放面“支架—围岩”系统失稳。针对长山子煤矿1125大倾角软煤综放面开采初期遭遇顶板淋水后引发的中下部支架倾倒事故，通过分析工作面覆岩结构及水文地质资料，确定了工作面顶板淋水原因；运用理论分析和建立物理力学模型，阐明了顶板淋水对支架稳定性和顶底板稳定性影响，研究了淋水扰动下顶板岩层的破坏机理及特征；根据煤层赋存条件，采用FLAC3D建立流固耦合数值模型研究了大倾角软煤综放面在顶板水作用下的围岩应力、位移及塑性破坏分布规律；最后制定了支架稳固方案及倾倒支架安全扶稳方案并付诸实施。具体研究结果如下：
　　(1)1125工作面顶板淋水来源为其顶板侏罗纪新河组砂砾岩含水层孔隙裂隙水，淋水原因为软弱顶板岩层受开采扰动影响产生由下向上扩展的纵向裂隙，裂隙贯通至顶板砂砾岩含水层时形成导水通道，继而致使局部集聚的顶板水下淋。
　　(2)顶板淋水对支架稳定性的扰动主要表现为淋水侵蚀软弱破碎顶板造成顶板抽冒；底板受淋水浸泡软化变形致使支架底座下陷，二者综合导致支架大范围空顶。支架底座间的浮煤与淋水作用形成煤泥，造成工作面底板湿滑，加剧了支架向下滑移的趋势。
　　(3)顶板淋水扰动下1125工作面顶板岩层破坏机理为：采动裂隙随着工作面的推进不断发育在顶板岩层形成松动带，顶板淋水削弱了顶板岩层颗粒间的黏聚力，降低了顶板岩层的抗剪切强度，溶解了顶板岩层部分胶结物，泥化了破碎顶煤，降低了工作面顶板强度及稳定性。顶板水对松动带裂隙施加的裂隙水压力使其发生垂直变形、切向变形以及位移，打破了顶板岩层原有平衡，最终导致其出现贯穿性破坏面并引发失稳。
　　(4)FLAC3D数值模拟结果表明，顶板水扰动下其顶板垂直应力呈不均匀无规则分布，应力扰动范围较大，顶板变形程度及顶板塑性破坏区较无水干涉条件下均显著增大，增加了大倾角软煤综放面顶板岩层失稳趋势。
　　(5)支架稳固方案和倾倒支架动态扶稳方案有效控制了工作面水患，扶稳了受淋水影响倾倒的支架，确保了大倾角软煤综放面“支架—围岩”系统的稳定性。
　　本论文研究结果对于解决水文条件相对简单的大倾角软煤综放面突发顶板淋水事故后引发“支架—围岩”系统失稳及推进缓慢问题具有借鉴意义，所确定的支架稳固方案及倾倒支架扶稳方案为大倾角软煤综放面安全通过淋水区域提供了保障。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3 论文研究内容、方法及技术路线

2 工程背景

2.1 矿井概况

2.2 工作面概况

2.3工作面巷道布置及顶板管理方法

2.4 工作面顶板淋水分析

2.5 本章小结

3淋水扰动下大倾角软煤综放面“支架—围岩”系统稳定性分析

3.1淋水扰动下顶板破坏机理

3.2淋水扰动下顶底板稳定性分析

3.3淋水扰动下支架稳定性分析

3.4 本章小结

4 顶板水扰动下大倾角软煤综放面覆岩运移规律研究

4.1 数值模拟方法的选用

4.2 数值模拟模型的建立

4.3 数值计算结果分析

4.4 本章小结

5大倾角软煤综放面支架稳固方案及倾倒支架安全扶稳技术

5.1 淋水扰动下支架倾倒过程实录

5.2 工作面支架倾倒原因分析

5.3支架稳固方案及倾倒支架安全扶稳技术

5.4支架稳固与倾倒支架扶稳现场试验及效果

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录