浅埋煤层大采高工作面煤壁片帮机理研究

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大采高综采技术是厚煤层高效开采的方法之一,近年来釆高不断增加,片帮问题和支护成本等问题日益突出。大采高工作面煤壁稳定性和支架载荷的确定,仍需系统研究。本文以补连塔煤矿大釆高工作面为背景,在分析大采高工作面矿压显现规律的基础上,通过数值计算、物理模拟和理论分析相结合的方法,研究了大釆高煤壁片帮的机理和“支架—围岩”相互作用关系,为确定合理的支护阻力和片帮控制提供依据。采用UDEC数值计算软件,按照补连塔煤矿22303工作面开采条件,建立了釆高4.0m、5.0m、6.0m、7.0m的四种模型进行对比分析,发现了大釆高老顶的破断位置存在三种情形,即老顶破断位置发生在支架后方、煤壁正上方及超前煤壁处。根据对应的直接顶应力分布的差异,提出了直接顶受力分为I弱承载区、II主承载区和III不定承载区三个分区,并分析了对煤壁稳定性的影响。模拟得出了不同釆高的煤壁应力分布、塑性区分布、变形破坏的演化规律,发现了大釆高煤壁中上部具有挠曲应力释放现象和煤壁受压“柱条”失稳特征,建立了煤壁片帮的柱条模型,揭示了大釆高工作面煤壁片帮的机理;通过柱条模型的扰度分析,得出煤壁中上部(0.60倍采高处)最容易发生片帮,并提出了煤壁片帮的控制对策。通过对“煤壁+支架—直接顶—老顶”支护体系的分析,分析了“片帮—支护阻力”的相互关系,建立了“老顶—直接顶—支架”结构模型,分析了支架工作阻力与煤壁稳定性的关系,给出了合理的支架工作阻力计算公式。
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