【摘 要】
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淮南矿区A组煤（上分层为3煤、下分层为1煤）储量丰富、赋存稳定、煤种好,被称为淮南矿区的“新粮仓”。但A组煤的开采面临着底板灰岩水、煤层自然发火、瓦斯、复杂顶板和软煤等多重灾害的威胁,开采条件较为复杂,安全开采难度较大,一般采用分层开采模式。为了解决淮南矿区A组煤下分层工作面的安全高效开采问题,针对下分层软煤破碎顶板的地质条件,以淮南矿区潘二矿A组煤为工程背景,采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟
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淮南矿区A组煤（上分层为3煤、下分层为1煤）储量丰富、赋存稳定、煤种好,被称为淮南矿区的“新粮仓”。但A组煤的开采面临着底板灰岩水、煤层自然发火、瓦斯、复杂顶板和软煤等多重灾害的威胁,开采条件较为复杂,安全开采难度较大,一般采用分层开采模式。为了解决淮南矿区A组煤下分层工作面的安全高效开采问题,针对下分层软煤破碎顶板的地质条件,以淮南矿区潘二矿A组煤为工程背景,采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟试验以及现场实测的综合研究方法,分析了下分层工作面在重复采动影响下覆岩运移特征;对比分析了上、下分层工作面回采后应力环境的变化以及顶底板的破坏特征;研究了再生顶板压实时间、工作面内错距、采高、支架支护强度和护帮板的护帮强度等开采与支护参数对下分层综采工作面围岩变形的影响规律;对工作面支架工作阻力进行了计算分析,提出了支架的合理选型;根据顶板压实状态与应力环境变化,确定了合理的内错距。论文研究成果对丰富分层开采工作面围岩控制技术具有一定的理论意义,对淮南矿区A组煤下分层工作面安全开采具有重要的指导作用。研究主要结果如下:（1）通过相似模拟试验得到随工作面的推进A组煤覆岩破坏、“两带”发育特征和阶段性垮落的时序与空间展布规律。下分层回采后,覆岩垮落形态呈非对称“π”型;初次垮落步距减小48%、周期垮落步距减小23%、垮落带增加63%、裂隙带增加13%、开切眼侧垮落角增大3°、停采线侧垮落角增大9°,覆岩破坏范围增大。（2）通过建立数值模型,得到不同错距条件下的应力变化规律和塑性区破坏特征。若下分层工作面巷道采用内错方式布置,顶板塑性区呈两边低中间高的“抛物线”状,若采用外错方式布置,顶板塑性区继续呈“马鞍”状。结合采空区压实模型和不同内错距下的应力变化情况,确定下分层工作面两巷采用不等距内错方式布置,风巷内错30m、机巷内错10m。（3）采用数值计算的方法,得到支架支护强度、采高、护帮板护帮强度、再生顶板压实时间对下分层工作面围岩变形的影响表达式,以此确定下分层工作面支架合理的支护强度应≥0.8MPa,采高为3.5m,护帮板护帮强度应≥0.3MPa,再生顶板压实时间应≥5年。（4）基于垮落带岩层+裂隙带结构模型、再生顶板-支架结构理论模型和岩重倍数估算理论,确定下分层工作面支架支护强度不小于0.61MPa。考虑下分层工作面的具体围岩条件和配套系列化要求,选用ZZ7200/18/38d四柱式铰接顶梁支撑掩护式液压支架。（5）为防止破碎的再生顶板端面冒顶以及工作面煤壁片帮,提出了支架合理选型与“三机”配套、工作面架前铺设顶网控顶护帮、对松软破碎围岩注浆加固等主要措施建议。结果现场应用表明,工作面顶帮控制效果明显,未出现大面积片帮、冒顶现象,顶板来压较为缓和。图[65]表[19]参[93]
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