近距离浅埋煤层下行开采综采面矿压机理研究

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近距离浅埋煤层群是陕北侏罗纪煤田煤层的普遍赋存特征。随着陕北侏罗纪煤田的开采规模与强度的增加,浅埋深的煤炭资源已经越来越少。近年来,煤矿开始逐步采用下行开采方式,转向下部煤层的开采。由于近距离煤层层间间距较小,加之上部煤层开采后采空区煤柱的影响,导致下行开采工作面的顶板矿压显现剧烈,顶板事故时有发生。浅埋煤层采空区煤柱下方的煤层开采强矿压的显现,已经成为近距离浅埋煤层下行开采矿井亟待解决的重大安全隐患。  本文依托韩家湾煤矿近距离浅埋煤层下行开采的工程条件,综合运用实验室实验、理论分析及数值模拟计算等方法,系统研究了陕北侏罗纪2-2煤层典型房柱式采空区下方近距离下行开采3-1煤层过程中,下行开采综采工作面的上覆岩层运动规律及其矿山压力的显现特征。揭示了近距离浅埋煤层房柱式采空区残留煤柱的稳定性及煤柱的集中应力在底板岩层中的传递规律;分析研究了3-1煤层综采面上覆岩层运动的结构特征及2-2煤层典型房柱式采空区煤柱与上覆关键层岩块的二次破断运动的力学机制。  从顶板应力场能量释放和关键层失稳的耦合作用,研究了下行开采综采工作面开采过程,2-2煤层的上覆关键层岩块的二次采动诱发回转失稳,致使煤柱顶底板岩层弹性能释放的规律;进一步研究了下行开采工作面通过采空区煤柱位置后,煤柱集中应力的突然释放,导致近距离煤层顶板切落失稳的规律。揭示了近距离煤层顶板采空区煤柱失稳诱发下行工作面强矿压的致灾机理。通过数值模拟手段,研究了近距离浅埋煤层下行开采工作面通过不同宽度煤柱和不同高度煤柱过程的矿压现象,得到煤柱宽度越大,下行开采工作面采出上方煤柱过程中,顶板释放的能量越大,诱发下行开采工作面的动压现象就越明显。
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