侧向采动环境对大采高综采工作面矿压显现的影响研究

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国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿年设计生产能力15 Mt/a,随着开采活动的进行,越来越多的工作面面临一侧采空区一侧实体煤甚至二侧采空区的侧向采动环境,侧向采动环境这一影响因素对煤矿安全开采的影响效应凸显。因此针对本矿薄表土层厚积岩典型性地貌下厚煤层开采侧向采动环境对工作面矿压显现影响研究成为亟需解决的课题。  本文采用矿压显现监测和地表岩移监测等现场实测、数值模拟、理论分析等多种方法相结合的方式对此课题展开系统性研究。主要研究内容及成果如下:  (1)实测研究二侧实体煤侧向采动环境和一侧采空区临界采动环境下工作面矿压显现规律,包括顶板运动步距计算、支架工作阻力统计、支架动载系数计算及工作面宏观矿压显现观测等方面。  (2)对上述两种典型侧向采动环境下大采高综采工作面矿压显现影响实测对比研究。相比于二侧实体煤侧向采动环境下,一侧采空区侧向采动环境下31303大采高综采工作面发生以下变化:①顶板周期来压步距和相对稳定步距均增大,分别增大8%和46%;显著运动步距减小28%。②工作面支架循环末阻力、顶板来压时支架工作阻力、顶板来压前支架工作阻力和支架动载系数等均增大。其中,工作面支架平均动载系数由1.62增大至1.74,顶板来压更“强烈”。③工作面宏观矿压显现更加剧烈。其中,工作面顶板来压时单刀支架活柱下缩量增大26.6mm,增大119%,变化明显。  (3)不同侧向采动环境下大采高综采工作面宏观矿压显现影响的数值模拟研究。紧邻采空区一侧工作面媒壁片帮量、顶板来压时顶板下沉量均增大,分别增大90%和58%。  (4)结合地表岩移测量数据对31303工作面上覆岩层结构特征讨论分析。结合地表岩移测量结果,对31303工作面上覆岩层运动规律进行分析可知,区段煤柱塑性区范围增大,导致与采空区临界的一侧工作面顶板所处的位态较低顶板来压“急促且猛烈”。  (5)典型侧向采动环境下工作面支架合理工作阻力核定,总结侧向采动环境对大采高综采工作面矿压显现影响,成果推广应用。经核定,现有支架满足二侧实体煤侧向采动环境下工作面顶板控制的要求,但一侧采空区侧向采动环境下支架额定工作阻力已不能满足工作面顶板控制的要求,对应的顶板控制效果e=“中”,核定的支架合理工作阻力值为R=13049kN。
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