深部倾斜煤层工作面矿压显现特征研究

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深部倾斜煤层工作面在回采过程中,其顶板运动及矿压规律与开采水平煤层不同,顶板控制及致灾机理更加复杂。对于工作面上部区域,煤壁易片帮、底鼓严重、两帮移近量大、顶板来压明显,比中下部区域更容易发生顶板矿压灾害,为了解和掌握深部倾斜煤层工作面顶板来压规律、支架阻力分布规律、超前支承应力分布规律和两巷道的围岩变形规律,比较工作面倾向方向不同区域矿压显现异同点,比较材料道和溜子道的矿压显现强烈程度,进一步为围岩控制提供依据,需要对深部倾斜煤层工作面顶板矿压显现特征进行深入研究。本文以张双楼煤矿94101工作面为工程背景,通过现场实测、数值模拟、理论分析等相结合的研究方法,分析了深部倾斜煤层工作面顶板运移及矿压显现规律,并提出了围岩控制方案,主要成果如下:(1)通过倾斜煤层工作面矿压规律实测研究,得到顶板运动及矿压规律呈现出非对称性和时序性特征,沿工作面倾向方向,不同区域液压支架工作阻力特征参数不同,上部区域来压时支架工作阻力和动载系数最大;沿工作面走向方向,材料道与溜子道相比,超前支承应力应力峰值更大,峰值位置距工作面距离更近,顶底板位移量和两帮位移量更大,使材料道和工作面上部区域更易发生冲击显现。(2)通过倾斜煤层工作面开采覆岩运移破坏规律研究,解释了工作面上部区域和材料道矿压显现更加强烈的力学机理,倾斜煤层工作面上部区域超前支承压力与上区段采空区侧向支承压力叠加,在叠加支承压力作用下,本区段工作面的上部区域的应力释放增加,引起巷道围岩剧烈变形;得到倾斜煤层工作面三个不同区域的垮落步距、采空区充填特征和支架围岩关系。(3)通过倾斜煤层工作面数值模拟研究,对倾斜煤层工作面回采过程中工作面沿走向和倾向方向的垂直应力、垂直位移进行模拟并分析,结果表明,上区段采空区会对本区段的回采造成影响,使上部区域应力值和位移量增大,上部区域比中下部区域的应力释放和顶板位移量大,与实测到的数据基本吻合。(4)通过倾斜煤层开采围岩控制技术研究,给出了具有针对性的矿压控制方法,对于工作面下部区域,应该采取定向顶板深孔爆破措施;对于工作面上部区域,需要对此区域顶板进行弱化;针对倾斜煤层工作面支架易滑倒、矸石飞溅和超前巷道的围岩控制的问题,分别提出了安设防倒防滑千斤顶、安设挡矸帘和防护网、实施超前预裂爆破、煤层注水、大直径钻孔卸压等具体措施。
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