房式空区上覆煤层长壁开采可行性分析

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1、山东科技大学硕士学位论文绪论1绪论1.1国内外研究与发展概况1.1.1条带开采的研究现状、发展动态条带开采是“三下”开采[1]的一种非常有效的采煤方法，它不但可开采出一定数量的煤炭，而且可有效地减少采动损害，其实质是开采一条，留下一条，间隔开采，并用留下的煤柱支撑上覆岩层[2]，可见留设条带煤柱的稳定性对条带开采[4]成败关系极大。自从波兰等国开始采用条带开采方法以来，人们对条带开采煤柱的设计方法进行了大量的研究，并从实测、实验室研究[7]及理论分析等方面提出了很多煤柱设计理论。目前条带煤柱设计的方法尽管很多，提出的理论也不少，但现场可

2、用的仅为最原始的载荷-强度法，其它方法只能辅助使用，而且不论其是否实用，目前的各种理论都有一个共同点，即撇开上覆岩层，把煤柱抽出来单独研究，没有考虑两者间的相互影响。大量实践及研究表明，煤柱的稳定性不仅取决于上覆岩层的重量，而且取决于岩层的自身结构状态，留设条带煤柱[11]的作用是支撑上覆岩层，控制岩层移动，他们之间有一种作用和反作用的关系。因此，传统的设计理论误差较大，这就迫切要求人们深入研究煤柱稳定问题，探求更合理的煤柱设计方法[19]，建立新的理论。1.1.2上覆岩层运动规律分析上行开采是以不破坏上层煤、安全有效地开采为前提，这也

3、是上行开采技术的核心和关键，因而，上覆岩层运动规律[20]的研究和控制便成为上行开采首先要解决的问题。只有弄明了上覆岩层运动规律，才能为上行开采[18]的可行性提供重要的依据。由于受煤层采动影响，上覆岩层原岩应力状态被打破，开始出现下沉、变形、断裂、垮落等现象，并呈现出明显的分带现象，自煤层向上依次为垮落带、断裂带、缓沉带，各分带的厚度和结构形态与煤层倾角、采厚、上覆岩层性态、采煤方法等因素有关，而在工作面推进方向上，也形成了五个区域，分别为原岩应力区A、煤壁支撑区B、离层区C、重新压实区D及稳定区E。三带及五区划分情况见图1.1。上行

4、开采上煤层已经进入到下层煤的垮落带[21]时，上煤层形态将遭到严重破坏，无法进行上行开采[18]；上行开采上煤层已经进入到下层煤的断裂带时，上煤层形态只发生中等程度的破坏，采取一定安全措施后，可正常进行上行开采；上煤层在1山东科技大学硕士学位论文绪论下煤层断裂带高度以上时，上煤层只发生整体移动，形态不受破坏，可正常进行上行开采。图1.1采场上覆岩层控制Fig1.1Overlyingstratacontrolofthestrope三带及五区是随着工作面的推进逐渐移动的，据研究及现场观测，地表沉陷状态随着工作面推进呈现移动盆地式前进，见图1

5、.2。地下煤层开采，采场顶板垮落[21]，覆岩沉降和破坏乃至地表沉陷变形是一个整体全过程，是一个统一系统。因而可以推知，在层间距较大时，上层煤受下层煤开采的影响，也会以某种形态移动式前进，只是由于上层煤的承载层为较为坚硬顶板岩层，而非松散表土层，会有所区别。根据某矿实测结果显示，煤岩层下沉曲线[24]形态与地表下沉曲线形态有明显的差异，地表下沉曲线为一圆滑平缓的碗底状，而煤岩层下沉曲线呈现明显的分区，回采范围内下沉明显，回采范围外基本不下沉(下沉小于50mm)，见图1.3；下沉速度按小y大y小规律变化。图1.2地表下沉移动盆地示意图Fi

6、g1.2Subsidencemovingschematicdiagramoftheground图1.3煤层测点下沉曲线Fig1.3Subsidencecurveofthecoalseam2山东科技大学硕士学位论文绪论上行开采上覆岩层随工作面动态变化，对于近水平煤层，在采场推进过程中采场上覆岩层中会形成一个断裂拱，该断裂拱的拱迹线为断裂带中各传递岩梁的端部断裂线和断裂带与缓沉带[29]的分界线垮落带和断裂带中已发生明显运动的岩层位于断裂拱内，而垮落带和断裂带中尚未发生明显运动的部分岩层及缓沉带岩层位于断裂拱外。随着工作面的推进，断裂拱逐渐

7、向前扩展，从而形成一条近似水平线，因而，这条线也就成了能否进行上行开采的分水岭。若上行开采上煤层在此线上方，则可进行上行开采；反之，上行开采就有一定难度，需采取特殊措施，或者根本就不能进行上行开采。同时，由于岩层运动的动态性以及随工作面推进的周期性，上行开采必须等上覆岩层[34]稳定以后进行开采。由以上分析可以看出，影响煤层上覆岩层垮落带、断裂带高度的因素便是影响煤层上行开采的因素。在上行开采过程中，由于下层的开采，必定导致一定程度的变形和破坏，这些变形和破坏的程度与上覆岩层的变形和破坏[42]、煤层地质条件、开采技术条件等各种主客观条

8、件相关。上行开采影响因素总结如下:1）层间距与采高的影响。煤层开采导致的上覆岩层的破坏高度是有限度的，因而，足够的层间距是上行开采的基本条件。据统计，垮落带高度视覆岩性质[52]不同一般为采高的3-5倍；垮