近距离煤层上行开采覆岩移动破坏规律研究

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我国半数以上矿井的近距离煤层中都存在煤与瓦斯突出的现象,由于其瓦斯赋存状态具有低透气性、高应力、高瓦斯含量及压力的特点,又进一步加剧了开采难度。根据国家相关瓦斯安全治理规定,在面对高瓦斯及瓦斯突出的煤层时,应先行开采瓦斯含量相对较低的煤层,通过其回采过程中的卸压释放作用,降低其余瓦斯突出煤层回采时的危险性。本文为解决临涣煤矿Ⅰ13采区近距离7、9煤层带来的瓦斯突出的危险性,采取多种方法探究上行开采的可行性,对上行开采过程中的围岩位移、变形、破坏规律以及覆岩运移、应力演化进行模拟分析。获得了上行开采覆岩运移特征、两带发育高度和应力分布及顶板下沉变形规律。本文采用“比值判别法”、“数理统计分析法”等五种理论分析判别法对9煤上行开采可行性进行判别分析。比值判别法结果表明,9煤采出后,采动影响系数K的区间在10.36≤K≤37.03,平均值为15.02,其他判别法均得出7煤处于9煤回采后的冒落带之上,裂隙带之内的结果,9煤符合上行开采条件。相似模拟实验结果表明,9煤开采的冒落带高度为9.4~13.5m,裂隙带高度34.9~48.0m,7煤位于9煤开采后的裂隙带内,但没有产生台阶下沉现象,保持了整体连续性,裂隙带高度发展至7煤顶板上12m,采场应力重分布后形成三个应力区间,在切眼处与9煤成67°夹角的卸压线为分界线,卸压线外侧为增压区,卸压线内侧为卸压区,距工作面切眼、停采线70~160m范围的采空区域为重新压实区。切眼及停采线外侧40m~50m以外应力基本不发生变化,属于原岩应力区。9煤顶板从开始下沉经历216天后趋于稳定。由于受模型观测时间的限制,下煤层回采结束后间隔时间不少于10个月,可以掘进上煤层巷道。数值模拟结果表明,9煤的冒落带、裂隙带高度与相似模拟实验、经验公式计算的结果相接近,塑性区的最大发育高度约7煤之上15~20m。现场多点位移计监测结果表明,9煤回采后顶板竖向下沉速率变化过程由开始的缓慢增长-快速增长-增速放缓-趋于稳定,冒落带最大高度高度约12m,裂隙带最大高度约46m。综合以上成果,获得9煤两带发育高度、顶板运移、应力变化规律及覆岩沉稳时间,证明临涣矿Ⅰ13采区9煤上行开采是可行的,7煤瓦斯突出情况得到缓解,研究成果对于今后类似矿井的开采提供了借鉴与指导。图[63]表[19]参[65]
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