復(fù)合巖層條件下保護(hù)煤柱合理尺寸研究與應(yīng)用.pdf

1、在煤礦開采過程中，為提高煤炭資源的回收率，當(dāng)?shù)V區(qū)地表層存在較發(fā)達(dá)的公路系統(tǒng)時(shí)，工作面將不可避免的布置在高速公路下側(cè)。為保證煤炭的安全高效生產(chǎn)以及高速公路的正常運(yùn)行，對(duì)高速公路保護(hù)煤柱合理尺寸的研究至關(guān)重要。
　　煤炭在回采過程中，由于采空區(qū)的影響，引起項(xiàng)板的垮落和上覆巖層的移動(dòng)，并最終波及到地表，表土層的下沉引起建筑物的破壞。通常情況下，合理的留設(shè)保護(hù)煤柱尺寸可有效降低地表的下沉量，而地表的下沉影響范圍又與巖層移動(dòng)角有關(guān)。本文在重

2、點(diǎn)研究巖層移動(dòng)角對(duì)上覆巖層移動(dòng)影響的基礎(chǔ)上，對(duì)三元煤業(yè)1312工作面合理保護(hù)煤柱留設(shè)進(jìn)行了研究，研究結(jié)論主要如下:
　　(1)在分析礦區(qū)井田地質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合關(guān)鍵層理論和薄板理論得出上覆巖層的理論下沉模型為橢圓形盆地，巖層中的關(guān)鍵層對(duì)上覆巖層的移動(dòng)起主要控制作用。上覆巖層通過在關(guān)鍵層中形成應(yīng)力平衡拱結(jié)構(gòu)，將上部荷載轉(zhuǎn)移到兩側(cè)煤柱，來實(shí)現(xiàn)對(duì)巖層移動(dòng)的控制。
　　(2)通過分析得出巖層移動(dòng)角的大小決定了上覆巖層移動(dòng)范圍和下沉程度

3、，其中巖層移動(dòng)角的主要影響因素有:圍巖性質(zhì)，煤層埋深，回采厚度，煤層傾角，采空區(qū)處理方法，覆巖斷層。本文主要通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析得出巖層移動(dòng)角的大小。
　　(3)通過對(duì)相鄰三元煤業(yè)1310工作面地表觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析得出了該礦區(qū)煤層大體變形規(guī)律:煤層沿傾向的最大下沉值為3696mm，傾斜值為34.4mm/m，曲率值為0.4～-0.9×10-3/m，水平移動(dòng)值為1087mm，水平變形值為10.4～29.5mm/m。煤層沿走向方向的最大

4、下沉值為4298mm，傾斜值為29.6mm/m，曲率值為0.3～-0.4×10-3/m，水平移動(dòng)值為956mm，水平變形值為5.7～-8.2mm/m。從中可以得出該工作面的采動(dòng)條件為非充分采動(dòng)，走向方向下沉量較大，最大下沉點(diǎn)為采空區(qū)中央位置，下沉拐點(diǎn)在偏向采空區(qū)的邊界上方，下沉盆地邊緣為應(yīng)力拉伸區(qū)，中部為壓縮區(qū)。通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的反向計(jì)算得出表土移動(dòng)角ψ=55°，走移向動(dòng)角δ=55°，下山移動(dòng)角β=65°，上山移動(dòng)角γ=66°。
　

5、　(4)根據(jù)高速公路的保護(hù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，確定圍護(hù)帶寬度應(yīng)為20m，在確定上覆巖層移動(dòng)角參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)垂線法計(jì)算出1312工作面保護(hù)煤柱兩側(cè)寬度至少為246.5m。通過結(jié)合三元煤業(yè)1312工作面實(shí)際地質(zhì)情況，采用FLAC3D數(shù)值模擬，得出不同松散層厚度和不同工作面寬度條件下上覆巖層的移動(dòng)變形規(guī)律。隨著散采比和工作面寬度的增加，地表最大下沉值，下沉系數(shù)，地表影響范圍都呈增大趨勢(shì)。并得出當(dāng)表土層厚度為180m，工作面寬度為200m條件下