水體下急傾斜煤層充填開采覆巖穩(wěn)定性及合理防水煤柱研究.pdf

1、急傾斜煤層開采上覆巖層破壞和裂隙向上擴展,以及留設的防水煤(巖)柱在水體壓力和礦山壓力作用下產生塑性破壞和發(fā)生抽冒,均是水體下急傾斜煤層開采存在安全隱患的影響因素。充填開采是水體下煤炭資源安全回采的有效措施,因此,研究水體下急傾斜煤層充填開采突水防治的關鍵技術,對于我國急傾斜煤層的安全高效開采具有重要的現實意義和理論價值。
　　采用離散元數值計算和相似材料模擬試驗研究表明,當急傾斜煤層上覆巖層無關鍵層和覆巖結構組合為隔水-結構關鍵

2、層時,覆巖導水裂隙均呈“耳型”分布;當上覆巖層存在結構關鍵層和覆巖結構組合為結構-隔水關鍵層時,導水裂隙以平行于巖層層面的離層裂隙為主,堅硬頂板的初次破斷對急傾斜煤層導水裂隙發(fā)育演化有較大影響。同時,急傾斜煤層充填開采能有效降低采場頂底板圍巖向采空區(qū)自由面運動的趨勢,并隨充填空間和充填體強度的增大,覆巖裂隙分布范圍呈減小趨勢。
　　根據急傾斜煤層充填開采頂板巖梁的受力狀態(tài),建立了急傾斜煤層充填開采力學模型,分析得出急傾斜煤層充填開

3、采可以有效降低頂板巖層的彎曲變形撓度,防止頂板巖梁產生受拉破壞、剪切破斷和切向滑移整體破壞,減小防水煤柱的應力集中程度和抽冒范圍,以及降低急傾斜煤層開采底板巖層的卸載區(qū)、支承壓力區(qū)范圍和底板巖層移動,進而提出水體下急傾斜煤層充填開采采場圍巖控制機理。
　　依據防水煤柱的邊界條件和受力特征,考慮原巖水平應力對急傾斜煤層開采的影響,確定了水體下急傾斜煤層防水煤柱尺寸的計算方法。采用流固耦合數值分析表明,隨著急傾斜煤層采厚的增大、煤體強

4、度的降低以及覆巖存在結構關鍵層和頂板巖梁的破斷旋轉,均導致防水煤柱的抽冒范圍增大。同時,切向應力集中形成沿防水煤柱底板層面的剪切滑移裂隙,是上覆水體沿防水煤柱進入工作面作業(yè)空間的主要充水通道。此外,急傾斜煤層矸石充填并注漿膠結形成“矸石充填膠結區(qū)+防水煤柱”的復合防水隔離帶,可以有效阻止大范圍開采條件下礦井透水事故的發(fā)生。
　　基于龍煤集團七臺河分公司龍湖煤礦急傾斜煤層的賦存和水文地質條件,現場研究了適合水體下急傾斜煤層開采的采煤