石岩沟煤矿浅埋煤层近短壁工作面强制放顶矿压显现规律研究

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浅埋煤层矿压显现显著,综采工作面普遍选用高阻力液压支架。而针对于受井田面积与资源储量限制的陕北浅埋煤层中小煤矿,如何在降低工作面长度与选用中等阻力液压支架情况下实现工作面安全推进值得深入研究。论文针对石岩沟煤矿浅埋中厚煤层的赋存特征,以及工作面近短壁布置的特点,采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟与现场试验的研究方法,对8105工作面正常开采与强制放顶两种条件下的矿压显现规律及支护阻力进行了对比研究,并分析了近短壁工作面组合悬移支架的适用性。理论分析基于弹性力学理论,建立了浅埋煤层近短壁工作面的基本顶薄板力学模型,给出了基本顶板破断的判别式;借助关键层理论,确定了石岩沟煤矿8105工作面正常开采基本顶初次破断的极限跨距为58.12m,明确了基本顶极限跨距及周期来压步距随着放顶高度的增大总体呈现减小的趋势;确定近短壁工作面50~100m长度范围是基本顶破断步距存在显著变化的区域,工作面采用近短壁布置,基本顶初次断裂的岩板面积相对较小,对工作面矿压控制有利。物理相似模拟开展了对比试验研究,表明正常开采工作面初次来压步距为56m,周期来压平均步距为14.2m,且工作面第五、六、九次周期来压时,均发生了顶板岩层沿煤壁切落现象;强制放顶状态下(放顶高度距煤层顶板7m),工作面初次来压步距增加至69m,周期来压平均步距为17.7m,周期来压时均没有发生岩层沿煤壁切落现象;强制放顶状态较正常开采,降低了工作面支架的支护强度与额定工作阻力。数值模拟针对工作面煤壁前方的支承压力与峰值点位置展开研究,表明采用强制放顶措施,可以降低工作面的超前支承压力数值,且工作面推进初期减小了支承压力峰值点距工作面煤壁的距离,从而有助于降低顶板岩层沿工作面煤壁切落的危险。现场矿压监测验证了 8105工作面的来压步距与物理相似模拟强制放顶的来压步距基本一致;8105工作面选用ZH4200/17/25LP型链式拼梁型液压支架,实测最大工作阻力平均值为1701.2kN,工作面初次来压时的压力显现值为3675.1kN,该工作面所选ZH4200/17/25LP型链式拼梁型液压支架可以充分支撑顶板。石岩沟煤矿浅埋煤层近短壁工作面强制放顶矿压显现规律的研究,为陕北中小煤矿采煤方法与支护方式的改革提供了理论支持,对于类似地质条件工作面的开采也具有借鉴意义。
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