近距离浅埋煤层房柱下开采动压机理研究

摘要

随着陕北侏罗纪浅埋煤层开采规模不断扩大，许多矿井开采的浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤层开采已经转入浅部煤层的下层煤开采。由于开采距离较近，上部煤层采空区遗留煤柱对下部回采工作面产生极大的影响，常引发下部煤层回采工作面出煤柱的过程的动压灾害，造成压架事故。
　　本论文针对近距离浅埋煤层长壁工作面通过房柱采空区宽煤柱过程中的动压现象和压架事故的特殊性，结合陕北集团韩家湾煤矿下部煤层赋存状况，采用物理相似模拟实验、计算机数值模拟和理论分析等综合手段，从应力场的变化和岩层运移的角度分析回采工作面出房柱区动压机理分析可能引发动压事故的原因。揭示了下部煤层回采工作面过煤柱的动压现象的机理。下部回采工作面出房柱区的过程中，工作面超前支撑压力的动载作用与煤柱作用下的静载作用叠加，并始终作用在工作面的前方。回采过程中引起房柱区底板下沉，房柱区遗留煤柱上部关键岩块回转失稳，失稳的关键岩块和煤柱上部层岩在Z方向的运动不再一致，上部覆岩运动速度较快，其动能通过煤柱作用于下部岩层，煤柱上部关键岩块的动能通过煤柱传递至下部覆岩内，这三者叠加作用在回采工作面的前部，形成能量集聚区。煤柱底板岩层在其上的高集中应力作用下岩层承载能力降低。同时，由于工作面推进过程中提供的空间及其的扰动影响，使得集聚的能量突然释放至工作面，使得工作面发生剧烈的动压现象。
　　动压的发生具有突然性，剧烈性，对工作面的安全与支护具有极大的危害性。下部回采工作面通过其上部房柱区时，必须预先处理其内遗留的煤柱。通过计算机模拟实验分析煤柱宽度是影响其下动压的关键因素，因此提出通过超前预裂房柱区内未失稳的煤柱的手段控制下部回采动压的技术措施。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1浅埋煤层长壁开采动压研究现状

1.2.2近距离煤层房柱下开采动压研究现状

1.2.3上部残余煤柱稳定性研究现状

1.2.4工作面覆岩动压研究现状

1.3主要研究内容和技术路线

1.3.1研究方法及目标

1.3.2研究内容及技术路线

2浅埋近距离煤层房柱区煤柱动压机理分析

2.1近距离浅埋煤层煤柱下采动灾害

2.1.1工作面过保护煤柱

2.1.2工作面过上部残余煤柱

2.1.3工作面出煤柱

2.1.4工作面出煤柱事故分析

2.2煤柱对底板动压作用分析

2.2.1煤柱稳定性分析

2.2.2煤柱塑性区范围计算

2.2.3煤柱在底板岩层的应力分布

2.3力学机理分析

2.4力学模型构建

2.5煤柱强度控制

2.6本章小结

3浅埋近距离长壁工作面过房柱区动压实验分析

3.1地质条件

3.1.1矿区概况

3.1.2地层地质条件

3.1.3地质构造特征

3.1.4下行开采上部采动情况

3.2 物理相似模拟实验的岩石参数与设计

3.2.1岩石力学的参数

3.2.2关键层特征分析

3.2.3物理模型方案的设计

3.3模型相似比例

3.4 物理相似模拟实验过程及结果分析

3.4.12-2煤层上覆岩层运移规律

3.4.23-1煤层上覆岩层运移规律

3.4.3 3-1煤工作面过煤柱矿压显现规律

3.5本章小结

4浅埋近距离煤层房柱区下开采数值模型

4.1 数值模型构建

4.2应力演化规律

4.3本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

附录