煤礦邊角孤島工作面誘沖機(jī)理及其控制研究.pdf

1、我國(guó)大型煤炭生產(chǎn)礦區(qū)采用正規(guī)開(kāi)采布局、大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)方式,留下了許多邊角殘余煤炭塊段及各種邊角孤島煤體。這些邊角孤島工作面的回采,對(duì)于提高煤炭采出率和資源利用率,延長(zhǎng)礦井壽命具有重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。由于邊角孤島煤體周圍已大量回采形成采空區(qū)的特殊開(kāi)采條件,在其回采時(shí)存在較高的沖擊礦壓危險(xiǎn)性。本論文以興隆莊煤礦的4318邊角孤島工作面為研究背景,通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐等手段研究了邊角孤島工作面的圍巖結(jié)構(gòu)特征、圍巖應(yīng)

2、力變化及覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律與誘沖原理、沿空小煤柱留設(shè)及巷道不對(duì)稱支護(hù)對(duì)策等。
　　研究表明,根據(jù)上覆巖層破斷的O-X型規(guī)律,孤島工作面上覆巖層在垂直層面方向上具有“T”型結(jié)構(gòu),在孤島工作面上下端頭上覆巖層呈“反弧形”結(jié)構(gòu)。邊角孤島工作面上下端頭的煤體在“反弧形”結(jié)構(gòu)的作用下,受周邊采空區(qū)的影響,超前支承壓力集中系數(shù)和側(cè)向支承壓力集中系數(shù)均比正常工作面高,而且受采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)影響極大。這為邊角孤島工作面沖擊礦壓的發(fā)生提供了應(yīng)力和沖擊載荷條件。

3、
　　模擬研究了孤島工作面開(kāi)采過(guò)程中的圍巖應(yīng)力變化及覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律。邊角孤島工作面初采時(shí),直接頂和老頂在煤壁側(cè)中間超前煤壁首先出現(xiàn)破裂,老頂破斷范圍比直接頂大,支承壓力向煤壁前方轉(zhuǎn)移,而煤壁的兩端滯后煤壁呈弧型破斷,形成O-X破斷。隨著工作面的回采,覆巖的塑性區(qū)域逐漸向上、向前發(fā)展,覆巖的破壞逐漸向著覆巖上方破壞。
　　研究提出邊角孤島工作面發(fā)生沖擊破壞的關(guān)鍵在于靜載與動(dòng)載的疊加影響,動(dòng)載擾動(dòng)使煤巖體致裂、沖擊,破壞閉鎖作用,

4、從而與靜載一起共同誘發(fā)甚至主導(dǎo)煤巖系統(tǒng)發(fā)生沖擊破壞。以此提出了防治邊角孤島工作面發(fā)生沖擊的相應(yīng)對(duì)策。
　　小煤柱對(duì)防止沖擊礦壓的發(fā)生具有重要的作用。通過(guò)對(duì)綜放采場(chǎng)頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律及支承壓力分布規(guī)律的分析,以及錨桿支護(hù)技術(shù)的要求,分析了小煤柱的合理性。通過(guò)模擬研究得到了不同煤柱寬度下,煤柱內(nèi)垂直應(yīng)力及圍巖變形的變化規(guī)律。從弱結(jié)構(gòu)體支護(hù)的角度分析了非均稱支護(hù)的機(jī)理,提出了沿空巷道非對(duì)稱支護(hù)的原理。設(shè)計(jì)了沿空巷道的不對(duì)稱參數(shù),并提出了設(shè)計(jì)計(jì)