近距离煤层回采巷道过上覆采空区及煤柱支护技术研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 22次 | 上传用户:chenxinguohn
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随着煤炭资源的不断开采,开采条件较好的煤层逐渐开采殆尽,难采煤炭资源的开采越来越受到各大煤矿的重视,其中近距离煤层开采占了很大比重。由于近距离煤层层间距近,开采不同煤层,相互之间会发生扰动,层间岩层破碎严重,给下煤层开采带来很大困难,尤其当是下部煤层开采遇到上煤层应力集中煤柱时,矿压显现明显。极近距离煤层的开采可以提高煤炭资源的利用率,进而实现高产高效的目的。本论文对近距离煤层回采巷道过上覆采空区及煤柱支护技术进行研究。通过查阅相关文献资料分析了国内外研究现状,结合工程地质资料对采场顶底板结构建立力学模型并进行理论分析计算,得出上煤层旧工作面底板破坏深度,下工作面过上覆煤柱关键块破断规律及对下工作面回采巷道支护的影响,尤其是出煤柱阶段,顶板容易出现整体垮落,巷道围岩超前破坏严重,并通过FLAC3D数值计算软件对整个过程进行模拟得出在下工作面在进出煤柱时矿压显现较为剧烈。针对下工作面有规律的交替通过上覆采空区及煤柱,研究了巷道围岩破坏特征及应力变化规律,在煤柱下围岩应力大,围岩容易破坏,在煤柱影响范围内巷道需要加强支护。就工作面实际开采条件对下工作面两顺槽支护提出比选方案,通过数值模拟进行应力应变分析,得出最终优化方案。将方案应用于以山西煤炭运销集团金达煤业近距离煤层下工作面回采项目的工程实践中,并运用不同方法监测巷道围岩变形量,分析巷道的支护效果。得到具体结论如下:(1)根据经验公式和滑移线场理论计算出底板破坏的最大深度,建立煤柱上方关键层小结构力学模型并分析得出下煤层回采巷道在工作面采过煤柱时的围压变化及围岩破坏的规律。回采巷道受工作面过上覆区段煤柱影响较大,特别是在进出煤柱阶段,会受到工作面动载的影响。(2)采空区下巷道受采空区卸压效应影响,围岩压力较小,巷道变形量较小,可以充分发挥其自身稳定性,但受上工作面采动影响,顶板较为破碎,支护困难。煤柱下巷道开掘后,受覆岩区煤柱应力集中现象影响,垂直应力急剧增加,两肩岩体发生剪切破裂,剪切破坏范围增大,顶板下沉量大,导致巷道变形和破坏严重。(3)9#煤回采后,其下的10+11#煤层应力重新分布,出现明显的升高和降低的区域,位于煤柱中心线下部的岩体的垂直应力最大,由中心线向两侧延伸,围岩垂直应力逐渐减小。10+11#煤层工作面处在煤柱正下方及其边界外侧10m以内的范围时两侧回采巷道受集中煤柱影响围岩破坏量增大,超前工作面15m巷道顶板破坏严重。因此,在巷道经过上覆煤柱影响区时,必须通过增加锚杆长度、缩小锚杆间排距以及补打锚索等措施对巷道进行加强支护。(4)结合理论分析、工程类比、数值模拟最终确定了10+11#煤二采区南翼回采巷道具体的锚杆与锚索的锚固方式与锚固参数,经现场实测,得知所采取支护方案满足工程要求。
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