浅论极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究

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1、太原理工大学博士学位论文极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究姓名：张百胜申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：康立勋20080101太原理工大学博士研究生学位论文极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究摘要由于成煤条件的不同，煤层的赋存条件各异。煤层厚度从零点几米到上百米，可采层数从一层到数十层，层间距离大小不等，有时还出现煤层局部合并或分岔现象。煤层层间距离不同，相互间开采的影响程度各异。当煤层层间距离较大时，上部煤层开采后对下部煤层的开采影响程度很小，其矿压显现规律，开采方法不受上部煤层开采影响。但是，随着煤层间距离减小，上

2、下煤层间开采的相互影响程度会逐渐增大，特别是当煤层间距很近时，下部煤层开采前顶板的完整程度已受上部煤层开采损伤影响，其上又为上部煤层开采垮落的矸石，且上部煤层开采后残留的区段煤柱在底板形成的集中压力，导致下部煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化。从而使下部煤层开采与单一煤层开采相比出现了许多新的矿山压力现象。主要表现在下部煤层开采时，极易发生顶板冒漏，严重时造成支架压埋；当与上部煤层采空区沟通，造成工作面漏风，易形成火灾隐患；巷道布置和支护方式盲目性较大，巷道的矿山压力显现十分明显，巷道支护困难。而现有单一煤层开采顶板岩层控制理

3、论和经验，不能很好地解释这种矿压现象及机理。在极近距离煤层开采的过程中，存在许多技术难题。在我国近距离煤层赋存和开采所占比重很大，大多矿区都存在近距离煤层群开采的问题。目前，单一煤层开采围岩活动规律和控制的理论和实践研究已经有了很大进展，然而对近距离煤层开采研究相对较少，特别是极近距离煤层的开采技术的系统研究更少，有关极近距离煤层开采研究主要是实践性和经验性的定性总结。论文以大同矿区下组煤层群开采为主要研究对象，采用现场实测、理论分析、数值模拟计算和工业性试验等方法，对极近距离煤层的定义、极近距离煤层项板分类、下部煤层开采矿山压力显

4、现规律、工作面顶板控制，T太原理工大学博士研究生学位论文合理巷道位置及开采技术保障体系等几方面做了探索性研究。主要研究成果如下：(1)针对长壁工作面开采，运用弹塑性理论、滑移线场理论，结合上部煤层开采顶板垮落特点及应力分布规律推导出上部煤层底板损伤深度，给出了极近距离煤层的定义和判距。并结合大同矿区下组煤层群赋存和开采条件，进行极近距离煤层实例判别。(2)确定了以屈服比作为极近距离下部煤层顶板分类主要指标，对极近距离煤层顶板进行了分类(夹石假项、碎裂顶板、块裂项板)。(3)以大同矿区为例，通过现场实测和数值模拟分析的方法，揭示了极近

5、距离下部煤层开采工作面矿压显现的基本特征和规律，为探讨极近距离下部煤层开采覆岩结构形式及采场围岩控制提供可靠的现实和理论基础。(4)针对极近距离煤层开采时顶板的结构特点，构建了下部煤层开采为散体边界条件的“块体一散体"项板结构模型，运用块体和散体理论，对极近距离下部煤层开采顶板岩层结构稳定性进行分析。揭示了极近距离下部煤层开采顶板易于冒落的机理，并从理论上研究了极近距离下部煤层工作面支架载荷的确定方法。为下部煤层开采采场围岩控制提供了理论基础。(5)运用理论和数值模拟分析的方法，研究了极近距离煤层开采煤柱稳定性和煤柱载荷在底板煤(岩

6、)层中的非均匀应力分布规律；理论分析了巷道在非均匀应力场中，支护体结构更易出现局部过载，产生局部破坏，最终可能导致支护体结构失稳的原因；提出了极近距离下部煤层回采巷道的合理位置确定方法。并通过现场实践进行验证。(6)针对极近距离下部煤层顶板受上部煤层采动损伤影响，项板破碎，易漏冒项，严重时造成支架压埋，漏风严重，易形成火灾等不安全隐患问题。采用现场实践的方法确定了顶板加固及漏顶充填技术、巷道合理断面形状与支护参数、工作面初末采空问控制及工艺、工作面超前支护方式以及泄压通风系统、汽雾阻化防火等安全保障体系。形成了一套较为完善的太原理工

7、大学博士研究生学位论文极近距下部煤层开采辅助技术，为实现极近距下部煤层安全回采提供可靠的技术保障。总之，本文通过深入、系统的研究了极近距离煤层开采围岩控制理论与技术，解决了极近距离煤层在煤矿开采中存在的实际问题，为今后极近距离煤层的开采、设计提供科学依据。关键词：极近距离煤层，矿压显现规律，围岩控制，稳定性，数值模拟，巷道布置STUDYoNTHESURRoUNDINGROCKCoNTRoLTHEoRYANDTECHNoLoGYoFU1月RA．CLoSEMULTIPLE．SEAMSMININGABSTRACTThecoalseamsd

8、efersignificantlyintheiroccurrence：thethicknessofcoalseamsvariesfromlessthanonemetertohundredsofmeters；thenumberofuse