厚煤层上分层巷柱开采区残煤复采工作面矿压特征的研究

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厚煤层上分层巷柱开采区残煤复采工作面由于特殊的围岩条件其矿压显现特征也必然会存在特殊性。本文通过对上分层巷柱开采区残留“空区-煤柱”稳定性的力学分析,利用数值模拟分析手段,结合现场矿压实测的方法,研究了厚煤层上分层巷柱开采区残留“空区-煤柱”的稳定性对复采工作面矿压显现规律的影响,得出以下结论:1)残煤复采可归纳为三种基本类型:①完全采空区型复采;②纵跨煤柱型复采;③横跨煤柱型复采。现阶段复采工作面多是以上三种类型中两种或三种的综合,本文研究的重点是厚煤层上分层巷柱开采区的残煤复采工作面即跨煤柱复采工作面的类型。2)通过对残留“空区-煤柱”稳定性的力学分析可知:厚煤层上分层巷柱开采区残留煤柱顶板应力的分布规律发生变化。残煤复采工作面均处在上方残留煤柱集中应力向底板传递的高应力区内;厚煤层上分层巷柱开采区残煤复采工作面顶板可建立四种力学模型:①实体煤柱力学模型;②完全空区力学模型;③顶板垮落未充满空区力学模型;④顶板垮落充满空区力学模型。3)结合数值模拟分析可知:①工作面通过宽度较大残留采空区时,其顶板垂直应力表现出“弱—强—弱—强—弱”的规律,且在出采空区前应力峰值较进采空区后的峰值大;残留采空区底板岩性不同对下方复采工作面顶板压力分布规律影响不大,只是残留采空区底板为强度较大的岩石时,下方复采工作面顶板显现垂直应力较小。②残留煤柱对复采工作面压力显现的影响:窄煤柱下复采工作面矿压较小且无规律;较宽煤柱下工作面压力表现为中间大两端小的规律,峰值出现在偏出煤柱的位置;大宽度煤柱下工作面压力表现出“弱—强—弱—强—弱”的规律,工作面进入煤柱约2m位置顶板压力减小,进入煤柱6-7m位置顶板压力达到峰值,出煤柱前4m左右压力再一次达到峰值且大于进煤柱时的峰值。4)2107复采工作面的矿压实测分析可知:工作面一侧或两侧同时进入煤柱5-10m范围时,测点支架工作阻力实测数据增大。工作面一侧或两侧同时出煤柱4-6m范围时,工作面压力再一次增大,但比起进入煤柱5-10m时的工作阻力要大。以32#支架为例,出煤柱时压力峰值是进煤柱的1.2倍。5)残留“空区-煤柱”对复采工作面矿压规律的影响主要表现为:①设残留煤柱宽度为L,当L<8m时,其下方复采工作面压力无明显规律;当8m<L<15m时,其下方复采工作面压力显现为“弱—强—弱”的规律;当15m<L<25m时,其下方复采工作面显现为“弱—强—强—弱”的规律;当L>25m时,其下方复采工作面显现为“弱—强—弱—强—弱”的规律;②残留采空区下复采工作面多会显现出“强—弱—强”的矿压规律。
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