【摘 要】
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保护层开采是深部采矿瓦斯卸压治理的有效方法之一,随着煤炭资源开发利用向深部持续延深,开采扰动行为对深部煤岩体的力学状态及渗流场变化影响较大。因此,论文针对淮南张集煤矿9煤厚硬顶板难冒、下伏近距离8煤卸压瓦斯大及9煤顶板砂岩瓦斯治理难等问题,采用理论分析、相似试验、数值模拟、工程实践等综合方法,开展厚硬顶板切顶及上保护层开采双重卸压效果与研究,取得了明显的技术经济效益,主要研究结论如下:（1）运用相
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（52074008）； 安徽高校协同创新项目（GXXT-2020-056）；
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保护层开采是深部采矿瓦斯卸压治理的有效方法之一,随着煤炭资源开发利用向深部持续延深,开采扰动行为对深部煤岩体的力学状态及渗流场变化影响较大。因此,论文针对淮南张集煤矿9煤厚硬顶板难冒、下伏近距离8煤卸压瓦斯大及9煤顶板砂岩瓦斯治理难等问题,采用理论分析、相似试验、数值模拟、工程实践等综合方法,开展厚硬顶板切顶及上保护层开采双重卸压效果与研究,取得了明显的技术经济效益,主要研究结论如下:（1）运用相似模拟试验对采场覆岩的采动失稳特征及其裂缝演化规律进行分析,研究下伏煤岩体的宏观变形膨胀规律。上覆岩层垮落过程中断裂内敛角分布在50～70°,垮落区域呈“正梯形”分布特征,下伏煤层有效膨胀区域为煤壁至后方47m范围。（2）利用数值模拟软件研究上保护层顶板预裂爆破前后对下伏煤层支承压力分布影响,分析不同推进距离下被保护层的应力场分布。顶板弱化后,超前支承压力峰值向前转移,在前方未切顶段形成较大的应力集中区,对下伏煤层的膨胀分布规律基本没有影响,卸压区域与切顶前基本保持一致,但就整体卸压效果来看,切顶弱化处理在一定程度上增加了岩层的裂隙发育,提高了被保护层的膨胀变形。（3）构建上保护层开采对下伏煤岩体卸压保护的力学模型,推导出下伏煤层膨胀率分布方程及有效卸压范围,揭示影响下伏煤层卸压效果的主控因素。（4）厚硬顶板导致压架事故,大面积垮落导致瓦斯超限问题,须对顶板进行预裂。根据综采面顶板岩层性质、地应力分布、围岩裂隙演化及瓦斯运移的相关参数和规律等,针对该矿区地质条件提出了采用“扇形”爆破孔的布置方式进行分段爆破,并给出不同位置炮孔的具体参数。（5）结合现场观测数据,对工作面顶板来压特征进行分析,包括液压支架阻力观测,顶板破断步距和矿压显现规律,得出采场支架能够满足正常开采期间顶板的控制要求。（6）上保护层的不断回采,对高瓦斯赋存煤层提供良好的瓦斯抽采卸压域,保护层顶板进行弱化,进一步提高了岩层顶板的裂隙发育和贯通,形成了瓦斯流动的通道,有利于卸压瓦斯的抽采,瓦斯混合抽采量受工作面推进距离、采动应力分布和煤岩体自身膨胀变形等相关因素的影响。总体上来看,顶板的预裂爆破和周期破断提高了岩层的裂隙发育和贯通,提高了卸压瓦斯的抽采量。图69表12参91
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