特厚综放孤岛工作面矿压显现及合理煤柱留设研究

摘要

内蒙古鄂尔多斯市大型煤炭企业采用正规开采布局、高度机械化的生产方式，为了提高生产效率，确保相邻工作面彼此不受干扰，工作面采用跳采的方式，形成孤岛工作面与边角残余煤体。由于采取跳采方式，孤岛工作面两侧工作面均已先后被采空，因此其在正常回采中工作面应力集中系数大，围岩因剪切、拉伸等造成的破坏程度较剧烈，对工作面安全、高效开采造成较大影响。本文以唐家会矿61102综放孤岛工作面为研究对象，通过建立力学模型分析、FLAC数值模拟、现场实测等方式，对孤岛工作面的围岩结构特征、应力变化及上覆煤岩体运动规律、合理煤柱的留设和巷道变形规律进行分析，得出以下结论:
　　(1)61102孤岛工作面上覆岩层具有非对称中长臂“T”型结构，与正常工作面相比，在端头处无支承面，在开采过程中，超前支承范围较广，支承压力也较高。
　　(2)对初采30m和正常回采过程中，61102孤岛工作面的应力分布规律进行了数值模拟。结果表明初采和回采时，老顶在两端头处先发生剪切破坏，随后向工作面中部及深部煤岩体方向扩散，最终形成“O-X”型破断。随着回采的不断推进，超前支承压力急速增大，然后逐渐减小，最后趋于稳定。
　　(3)当煤柱宽度分别为5m、7m、9m、14m、19m、24m时，当工作面推进距离相同，巷道最大位移值随煤柱宽度的增大而逐渐减小;巷道应力值呈先增大后减小的趋势，当留设宽度为14m时，巷道应力值达到峰值。巷道塑性区的分布，逐渐从工作面端头处转移至煤柱内。留设的合理煤柱宽度为19m。
　　(4)在总结现场数据基础上，得出:61102孤岛工作面的周期来压步距为10.1m，端头较中部位置来压强烈;顺槽顶底板累计移近量和移近速度都大于两帮，采动影响范围为45m左右。与数值模拟结果基本相符。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 孤岛工作面矿山压力理论研究现状

1．2．2 孤岛工作面矿压显现规律研究和巷道围岩控制研究现状

1．2．3 沿空掘巷煤柱研究现状

1．3 本文的研究内容及技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 需要解决的技术问题和技术路线图

2 特厚综放孤岛工作面围岩结构特征分析

2．1 工作面概况及开采条件

2．2 特厚煤层孤岛工作面岩层运动与应力分析

2．3 本章小结

3 特厚综放孤岛工作面矿压规律数值模拟研究

3．1 FLAC3D数值模拟软件概述

3．2 模拟地质条件

3．3 孤岛工作面应力分布特征

3．4 特厚综放孤岛工作面初采期间应力分布特征

3．4．1 直接顶的破断和失稳规律

3．4．2 老顶的破断和失稳规律

3．5 特厚综放孤岛工作面回采期间的应力分布特征

3．5．1 直接顶的破断和失稳规律

3．5．2 老顶的破断和失稳规律

3．6 本章小结

4 特厚综放孤岛工作面合理煤柱留设研究

4．1 模型建立及计算步骤

4．2 模拟结果分析

4．2．1 巷道围岩的垂直位移

4．2．2 巷道围岩垂直应力

4．2．3 巷道围岩塑性区破坏状态

4．3 本章小结

5 现场实测

5．1 孤岛工作面矿压实测

5．1．1 工作面矿压观测方案

5．2 综放孤岛工作面矿压规律分析

5．2．1 工作面来压特征分析

5．2．2 初次来压规律分析

5．2．3 周期来压规律分析

5．3 特厚综放孤岛工作面辅运顺槽变形规律分析

5．3．1 测点布置方案及观测方法

5．3．2 辅运顺槽变形分析

5．4 超前支承压力分布规律分析

5．5 本章小结

6 主要结论与不足

6．1 主要结论

6．2 存在不足

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果