【摘 要】
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论文以韩城市桑树坪煤矿为工程背景,从厚硬砂岩顶板条件下不等厚煤层开采,采场覆岩破断后形成的采场空间结构入手;分析不等厚煤层开采条件下矿压显现影响机理;研究不同开采厚度时引起的围岩应力、位移场、弹性变形能和塑性区分布特征;并针对厚硬顶板下突出煤层开采问题,设计顶板预裂爆破卸压增透技术方案,保证工作面安全高效回采。主要研究成果与结论如下:基于关键层理论,对4321工作面上覆关键层位进行辨识,并对亚关键
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论文以韩城市桑树坪煤矿为工程背景,从厚硬砂岩顶板条件下不等厚煤层开采,采场覆岩破断后形成的采场空间结构入手;分析不等厚煤层开采条件下矿压显现影响机理;研究不同开采厚度时引起的围岩应力、位移场、弹性变形能和塑性区分布特征;并针对厚硬顶板下突出煤层开采问题,设计顶板预裂爆破卸压增透技术方案,保证工作面安全高效回采。主要研究成果与结论如下:基于关键层理论,对4321工作面上覆关键层位进行辨识,并对亚关键层1形成“砌体梁”结构的采厚条件进行分析判断,当Δj≤Δmax,即M≤7.6m时,亚关键层1破断块体回转空间较小,可以形成稳定的“砌体梁”结构;当M>7.6m时,可供亚关键层1破断块体回转空间大于其极限回转量,亚关键层1将以“悬臂梁”结构形态存在;并结合覆岩亚关键层的2种结构形态,提出各自的支架工作阻力的计算方法。根据桑树坪4321工作面地质条件,建立了厚硬砂岩顶板不等厚煤层开采物理相似模拟试验。随着工作面推进,垂直位移测线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在靠近工作面一侧的下沉量明显大于采空区其他位置;受厚硬砂岩顶板影响,岩层的下沉曲线靠近工作面一侧的斜率较大;并且受煤层开采厚度增加,中上部覆岩距离煤层较远,下沉曲线形态近似呈光滑连续的“抛物线式”对称分布,而下部覆岩周期破断后的岩层下沉曲线由于煤厚的增加并未呈现对称性特征,呈“波浪斜坡式”非对称分布。利用FLAC3D数值模拟软件,建立了厚硬砂岩顶板不等厚煤层开采模型。当煤层厚度由3m增加到10m时,超前支承压力峰值逐渐降低,应力峰值位置距离煤壁的长度逐渐加大;工作面的推进长度对煤层顶板最大下沉量有较大的影响,当开挖距离达到工作面面长时,采空区顶板最大下沉量的增长趋势逐渐放缓;并得到了覆岩破坏的动态变化过程具有明显的纵向和横向分区特点;得出工作面推进方向和工作面布置方向围岩体的弹性变形能的动态演化规律。针对厚硬顶板下低透气性的厚煤层复杂开采条件,从煤岩体卸压和瓦斯增透两方面进行综合治理,设计顶板预裂爆破卸压增透方案,确定合理爆破参数,实现了坚硬顶板的安全垮落,平均周期来压步距缩短至12.7m,来压期间支架安全阀未开启,顶板爆破后瓦斯回风浓度最大降低了 46.7%,确保了工作面安全回采。图39表9参65
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