煤礦邊角孤島工作面誘沖機理及其控制研究.pdf

1、我國大型煤炭生產(chǎn)礦區(qū)采用正規(guī)開采布局、大規(guī)模機械化生產(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,對于提高煤炭采出率和資源利用率,延長礦井壽命具有重要的社會與經(jīng)濟價值。由于邊角孤島煤體周圍已大量回采形成采空區(qū)的特殊開采條件,在其回采時存在較高的沖擊礦壓危險性。本論文以興隆莊煤礦的4318邊角孤島工作面為研究背景,通過理論分析、數(shù)值模擬、實驗室實驗、現(xiàn)場實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

2、力變化及覆巖運動規(guī)律與誘沖原理、沿空小煤柱留設(shè)及巷道不對稱支護對策等。
　　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,而且受采動應力場影響極大。這為邊角孤島工作面沖擊礦壓的發(fā)生提供了應力和沖擊載荷條件。

3、
　　模擬研究了孤島工作面開采過程中的圍巖應力變化及覆巖運動規(guī)律。邊角孤島工作面初采時,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)鍵在于靜載與動載的疊加影響,動載擾動使煤巖體致裂、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)生沖擊的相應對策。
　　小煤柱對防止沖擊礦壓的發(fā)生具有重要的作用。通過對綜放采場頂板運動規(guī)律及支承壓力分布規(guī)律的分析,以及錨桿支護技術(shù)的要求,分析了小煤柱的合理性。通過模擬研究得到了不同煤柱寬度下,煤柱內(nèi)垂直應力及圍巖變形的變化規(guī)律。從弱結(jié)構(gòu)體支護的角度分析了非均稱支護的機理,提出了沿空巷道非對稱支護的原理。設(shè)計了沿空巷道的不對稱參數(shù),并提出了設(shè)計計