极近距离煤层群采区巷道布置优化及开采顺序研究

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极近距离薄煤层群开采过程中,采区巷道布置、支护及区段间开采顺序的选择严重影响着矿山压力的显现规律,因此,巷道位置、支护方式以及区段间开采顺序的合理选择对指导矿井的安全生产具有重要意义。本文以叙永煤矿矿区地层、地质构造、煤层及煤层顶底板性质等地质资料为基础,综合考虑巷道矿山压力显现规律、采煤方法、回采工艺、现场生产的需要、生产系统的方便可靠和施工因素等内容,通过现场研究、理论研究、对比分析和数值模拟等多种手段,取得如下一些成果:1)利用MTS815岩石力学试验系统对矿区相关地层煤岩进行物理力学参数测试试验。结合现场调查分析,得出C19煤层部分老顶岩体较完整,属中等冒落顶板,底板岩体较完整,底臌现象一般较轻,局部较强;C20煤层顶板岩体较完整,属中等冒落顶板,底板中稳定性较差,易软化,有轻度底臌;C24煤层顶板岩体中等完整,质量较好,底板岩体较完整,一般不底臌或有轻度底臌现象。2)通过现场S11246区段平巷矿压观测,3个测站矮帮平均下沉量为7.70mm,高帮平均下沉量为11.58mm,因此,选用的锚网索支护方案能够满足巷道支护要求。3)提出了两种采区巷道布置方案:方案Ⅰ:多煤层采区巷道联合布置,三条岩石上山,区段平巷布置采用水平式;方案Ⅱ:多煤层采区巷道联合布置,一煤二岩上山,区段平巷布置采用内错式。采区巷道布置方案的比选采用定性分析和系统工程中多目标决策分析等两种方法进行研究,均得出采用方案Ⅰ优于方案Ⅱ。4)利用FLAC数值模拟软件进行了极近距离巷道支护的数值模拟。研究了5m、10m、15m护巷煤柱和5m矸石带充填沿空留巷等方案的应力分布与围岩变形破坏规律。研究表明,10m、15m煤柱对此类巷道影响变化不大;在锚网索联合支护前提下,5m矸石带作为巷旁充填符合工程要求,并对锚杆支护巷旁充填进行数值分析研究,从理论上验证了支护方案是合理的。5)通过比值判定法确定煤层群之间开采顺序选用下行式开采,在此基础上,利用数值模拟分析S12采区区段间的开采顺序,得出采区区段间的开采顺序选用下行式开采。
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