新景矿近距离保护层开采遗留煤柱应力集中区保护范围及保护效果研究

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为了研究遗留煤柱应力集中区对被保护层保护范围及保护效果的影响,论文以阳煤新景矿近距离保护层开采为工程背景,以保护层开采理论和弹塑性力学理论为基础,通过采用理论分析、力学分析、数值模拟及现场考察相结合的研究方法,开展开了煤矿近距离保护层开采遗留煤柱应力集中区对被保护层保护范围及保护效果的研究,研究内容对煤与瓦斯突出灾害预测及防控具有重要的指导意义。研究成果如下:(1)通过对近距离保护层开采覆岩破坏“横三区、竖三带”的形成与分布进行研究,计算得出矿井冒落带与裂隙带高度等数据,其冒落带及裂隙带最大高度分别约为6.3m和16.7m(±4m)。(2)以保护层开采理论为基础,首先构造一个被保护层力学模型,得到被保护层力学计算公式,确定了保护层发生煤与瓦斯突出事故危险的判断依据,经反复推敲及公式计算可知煤体最大主应力为24MPa,不构成发生煤与瓦斯突出事故的力学条件;再得知最大主应力后与煤柱相关参数对保护范围结合进行下一步研究计算,得到了8号煤层开采后遗留煤柱对9号煤层沿倾向方向对应压角δ3取值为75°,沿走向方向对应压角δ5取值为60°,再通过计算得到在始采线、采止线外延7.1m及煤柱外延5.5m、煤柱下方确定为应力集中区。(3)基于阳煤新景矿工程地质条件,采用FLAC3D模拟了保护层开采后,8号煤层开采过程中覆岩应力变化、垂直位移及塑性区分布,分析得到了覆岩卸压区空间形态,保护层开采完成时垂直应力状态以遗留煤柱为中心,依次对称向两侧扩散,距遗留煤柱越远,扩散范围就越大,遗留煤柱影响范围为33m,最大垂直应力值为38.6MPa,伴随着遗留煤柱深度增多,应力传递到9号煤层被保护层最大数值为22.5MPa,降低幅度为41%。(4)通过阳煤新景矿8号煤层保护层开采前后数据统计监测对比,对9号煤层被保护层瓦斯压力、瓦斯含量、透气性系数及瓦斯钻屑指标等基础参数进行现场考察分析研究,经过井下保护层开采至现场考察结束,研究结果发现,9号煤层瓦斯压力最高由1.37MPa降到0.15MPa,降低幅度为89%;9号煤层瓦斯含量为由11.17m3/t降低至5.90m3/t,降低幅度为47%;煤层透气性系数增加了16316倍;钻屑瓦斯解吸指标K1值、钻屑量S值与应力分布状态具有良好的相关性,同时得出在近距离保护层开采情况下煤层瓦斯可以得到充分释放。
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