上行开采覆岩采动效应及赋存复杂煤层卸压开采分析

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上行开采作为一种特殊的采矿方法,在特殊地质和开采条件下有其自身的优势。上行开采技术的核心是有效的对上部煤体进行卸压的同时,还能够保证上层煤体及覆岩结构不被破坏,达到安全开采的要求。论文基于对上行开采覆岩采动效应的分析,以被保护层应力场、能量场的分布研究为切入点,采用理论分析、数值模拟相结合的方法,对木城涧煤矿+450水平赋存复杂二三槽煤层上行卸压开采进行了分析研究,在模拟结果的基础上对卸压煤层进行评价,并最终提出了有针对性的设计方案。  首先,对上行开采覆岩运动、裂隙发育规律、被保护层应力分布进行了研究。研究表明,上行开采破坏了采场上覆煤岩层的平衡状态,覆岩在主应力和剪切应力共同作用下不断发生破坏。稳定后的上覆岩层采动裂隙在采空区四周形成采动裂隙“O”形圈。被保护层中的应力是随着工作面的推进不断发展演化的。其次,采用理论分析与数值模拟相结合的方式,对上行开采影响因素与卸压效果之间的规律进行了研究,并就木城涧煤矿工程条件下二三槽煤层上行开采可行性进行了理论判定,各项判定均满足上行开采的要求。然后,以赋存复杂条件下的木城涧煤矿+450水平二三槽煤层上行开采工程实践为背景,通过数值模拟的方式,对下部二槽煤层采动之后上部三槽煤层卸压效果进行了研究。二槽煤层采动之后,围岩所积聚的大量弹性能随着覆岩运移、破断得到了释放,三槽未采煤层大部分处于低应变能密度范围,煤层的应力集中程度得到了缓解。此外还对三槽煤层关键部位的选址进行了数值模拟,结果表明:三槽煤层开切眼应布置在下部二槽开切眼内侧10m范围之外;三槽透煤斜坡应该通过岩巷的形式进行布置,而且应布置在二槽透煤斜坡投影的右侧。最后,在所取得的研究成果基础上,针对现场工程条件,完成了三槽煤层采区及生产系统设计,此外还设计提出了覆岩破坏探测、矿压监测、应力集中解危等技术方案。论文的研究成果可为上行开采的研究提供一定的理论基础,为更深入的研究提供参考;通过合理的卸压开采布局与设计,指导矿区赋存复杂高应力煤层的安全高效开采。
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