弱粘结巨厚煤层综放区段煤柱留设研究

摘要

本文研究的西部某煤矿主采煤层6＃煤，该煤层的平均厚度为17m，埋深538m，煤层埋藏较深，顶板岩层强度低、成熟度低，加之顶板多为泥质、钙质胶结充填，受后期各种地质构造应力作用下，形成了裂隙-孔隙双重介质，因此，导致顶板岩层结构强度低、胶结程度差，岩石在水的作用下会变形软化以致崩解，顶板为弱黏结性顶板。本文在详细了解和分析前人研究成果的基础上，结合理论分析、FLAC3D数值模拟以及现场实测等多种方法，对西部某煤矿综放6＃煤层留设合理区段煤柱进行研究。
　　依据西部某煤矿6＃煤层的现场地质资料，针对其弱粘结顶板、煤层巨厚的特点，分别对实体煤巷道和一侧采空巷道的围岩受力情况、区段煤柱内部应力及变形破坏规律等内容进行理论分析，结合成熟的煤柱宽度计算的理论公式，估算出该矿综放工作面的留设煤柱宽度范围为16～24m。
　　实体煤巷道的数值模拟计算结果显示:工作面回采对实体煤巷道的影响比较小，工作面推进至50之前巷道围岩结构比较稳定、围岩变形小;巷道围岩在工作面推进至50m时变形加剧，此时为老顶来压阶段;工作面推进距离大于50m以后进入周期来压阶段，巷道围岩变形稳定。
　　通过Flac3D数值模拟计算软件，建立留设不同宽度区段煤柱的综放开采模型，对煤柱应力、巷道围岩变形、巷道围岩及煤柱塑性区进行研究，得出煤柱宽度为16m～24m时，煤柱能够处于基本稳定状态，巷道表面变形小，合理的煤柱留设的宽度提高了煤炭回收率。
　　在该矿6101工作面留设宽度为20m的煤柱时，采用现有的巷道支护方式和参数，煤柱能够处于稳定状态，巷道表面变形小，收敛速度不大，顶板离层变化小。在上区段工作面采空区的影响下，巷道能够满足6101工作面正常的安全生产。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及目的

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究的内容、方法及技术路线

2 弱粘结巨厚煤层综放开采区段煤柱留设理论分析

2．1 区段煤柱巷道布置方式

2．2 两类巷道围岩稳定性分析

2．3 区段煤柱稳定性分析

2．4 区段煤柱合理尺寸计算

2．5 本章小结

3 实体煤巷道围岩变形与破坏数值模拟

3．1 FLAC3D模拟软件介绍

3．2 数值模拟的现场条件

3．3 实体煤巷道模型设计

3．4 数值模拟过程及模拟结果分析

3．4．1 数值模拟过程

3．4．2 计算结果及其分析

3．5 本章小结

4 一侧采空巷道围岩变形与破坏规律数值模拟

4．1 模型设计

4．2 数值模拟过程及模拟结果分析

4．2．1 模型模拟计算过程

4．2．2 模拟结果分析

4．3 本章小结

5 巨厚煤层综放区段煤柱留设现场实测

5．1 工作面概况

5．1．1 6101工作面概况

5．1．2 煤层概况

5．2 煤柱和工作面煤体压力观测

5．2．1 压力观测现场布置方案

5．2．2 压力现场观测数据分析

5．3 回采巷道稳定性现场实测

5．3．1 回采巷道表面位移观测目的和布置方案

5．3．2 回采巷道表面变形现场实测与分析

5．3．3 回采巷道顶板离层实测布置方案

5．3．4 回采巷道顶板离层实测与分析

5．4 本章小结

6 主要结论与存在不足

6．1 主要结论

6．2 存在的不足

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果