連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采覆巖關(guān)鍵層破斷規(guī)律與控制研究.pdf

1、基于色連煤礦1號(hào)礦井2-2上煤層邊角煤回收的工程背景，綜合運(yùn)用了現(xiàn)場(chǎng)采樣測(cè)試，理論計(jì)算與分析，數(shù)值模擬與分析，現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)等研究方法，對(duì)連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采殘留煤柱穩(wěn)定性、覆巖運(yùn)移及關(guān)鍵層破斷規(guī)律、頂板控制技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要研究成果如下：
　?。?）運(yùn)用突變理論方法，建立了區(qū)段隔離煤柱的力學(xué)模型，并推導(dǎo)出其發(fā)生突變失穩(wěn)的力學(xué)條件為：煤柱的彈性核區(qū)寬度占其總寬度的百分比低于14％時(shí)，外界若有輕微擾動(dòng)，煤柱將發(fā)生突變型失穩(wěn)破壞

2、；反之，煤柱發(fā)生的是逐步破壞，積聚的能量緩慢釋放。運(yùn)用數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法對(duì)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)論與理論計(jì)算基本相符，揭示了區(qū)段隔離煤柱失穩(wěn)機(jī)理研究的合理性。
　?。?）根據(jù)色連一號(hào)礦井2-2上煤層開采的地質(zhì)條件，結(jié)合巖層柱狀圖及關(guān)鍵層判別軟件得出了2-2上煤層屬于多層關(guān)鍵層頂板結(jié)構(gòu)，據(jù)此建立了多層關(guān)鍵層破斷的力學(xué)模型，運(yùn)用彈性薄板理論對(duì)關(guān)鍵層的初次斷裂及周期斷裂步距進(jìn)行了理論計(jì)算，并針對(duì)特定情況對(duì)理論計(jì)算值進(jìn)行了修正，為塊段式

3、開采頂板巖層控制提供了理論依據(jù)。
　　（3）運(yùn)用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)2-2上煤層塊段式開采過(guò)程進(jìn)行計(jì)算建模，通過(guò)監(jiān)測(cè)模型開采過(guò)程中煤柱及關(guān)鍵層的應(yīng)力、位移和塑形區(qū)變化來(lái)分析了保護(hù)煤柱穩(wěn)定性與關(guān)鍵層破斷的相關(guān)性、上覆巖層的運(yùn)移及關(guān)鍵層的破斷規(guī)律。得到煤柱及關(guān)鍵層的變形破壞之間存在一定相關(guān)性，二者可視為一個(gè)“煤柱—亞關(guān)鍵層—主關(guān)鍵層”的系統(tǒng)；亞關(guān)鍵層隨著工作面的推進(jìn)，發(fā)生彎曲下沉，在巖板中部下邊緣首先出現(xiàn)拉破壞區(qū)，隨后巖板周圍出

4、現(xiàn)剪切破壞，中部拉破壞區(qū)最終貫穿巖板，亞關(guān)鍵層在推進(jìn)到20m左右發(fā)生初次破斷，推進(jìn)到26m左右發(fā)生第一次周期破斷，此后大約7m左右有一次周期破斷；主關(guān)鍵層的破壞主要為剪切破壞，在亞關(guān)鍵層發(fā)生第3次周期破斷之前，主關(guān)鍵層發(fā)生初次破斷，引起上覆巖層及保護(hù)煤柱發(fā)生較大的變形和破壞。
　?。?）分析了留設(shè)保護(hù)煤柱及注漿充填技術(shù)在塊段式開采頂板控制中所起的作用，通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)注漿充填技術(shù)的機(jī)理和效果進(jìn)行了分析研究。得到適合該現(xiàn)場(chǎng)情況的區(qū)段隔