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神东煤田上部煤层经过多年的混合开采形成大量的遗留煤柱,下煤层工作面在推过这些煤柱时存在压架隐患。大量学者对出集中煤柱进入综采采空区以及在房柱式采空区下方开采的压架机理开展了研究,但对出集中煤柱进入房柱式采空区过程中的压架机制研究较少。论文以神东矿区霍洛湾矿为工程背景,采用现场实测、力学建模、相似模拟和数值计算方法,对上部遗留煤柱联动失稳引起的压架机制进行研究,并提出超长距离穿煤柱水压致裂切顶技术。(1)分析了浅埋煤层群下煤层工作面在上部遗留的条带煤柱、综采采空区、实煤体和房柱式采空区下开采的矿压显现特征,出条带煤柱期间支架的压力大,超过正常工作压力35MPa的占比高达87.94%,顶板活动剧烈容易引起压架事故。(2)考虑覆岩载荷传递效应,提出基于压力拱理论的浅埋煤层房式煤柱应力计算方法,克服“从属面积法”计算得到煤柱应力均等的缺点,得出房式煤柱应力在采区中部大于采区边界的分布特征。研究了下部煤层开采过程中上部集中煤柱和房式煤柱的稳定性演化规律,揭示了出煤柱过程中组合煤柱的联动失稳机理。(3)根据组合煤柱支撑顶板的特点,建立了多点支撑多跨的连续梁力学模型,研究了下部煤层开采对上部煤层坚硬顶板稳定的影响规律,揭示了浅埋煤层群上部遗留煤柱支撑的坚硬顶板与本煤层坚硬顶板组合破断,引起上部坚硬岩层超前大范围断裂失稳的压架机理。(4)建立浅埋煤层群上部遗留煤柱联动失稳相似材料模型,结果表明:工作面出煤柱时呈现“低位坚硬顶板周期来压-上位坚硬顶板动载来压-集中煤柱静载增压”的矿压特征,遗留集中煤柱与房式煤柱在高支承应力作用下联动失稳,上部坚硬岩层在房柱煤柱内侧超前断裂,形成的长悬顶及其上部控制的岩层同步回转下沉,造成层间岩层剪切破坏,引起工作面强动压显现易引发压架事故。(5)建立修正的UDEC-Trigon模型分析上部坚硬岩层悬顶长度、煤层采高和层间坚硬层厚度对层间岩层剪切损伤的影响规律,上部坚硬岩层悬顶长度和采高与层间岩层的剪切损伤呈正相关,出遗留煤柱期间需要降低上位坚硬岩层的悬顶长度来减弱其破断失稳对下部工作面的动载冲击。(6)提出了超深孔穿煤柱水压致裂技术,形成“超前钻探-精准测点-穿层钻孔-测斜修正-循环致裂-窥视评价”一体化成套工艺,现场开展工业性试验。通过对致裂后的矿压实测结果与理论分析对比,验证了出上部遗留煤柱联动失稳压架机理的准确性,实现了浅埋煤层群出上部遗留煤柱安全开采。论文有图103幅,表20个,参考文献194篇