【摘要】：近年來我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,其中煤炭作為能源結構中的重要一環(huán),對經(jīng)濟的發(fā)展起到了重要的作用。山西呂梁離石永寧煤業(yè)由于以往地質勘查不詳,將3#煤層劃為不可采煤層,目前的開采實踐表明,已采4#煤上部3#煤可布置回采工作面。但由于受到4#煤層的采動影響,層間巖層受到一定程度的破壞,且3#煤下方部分區(qū)域為采空區(qū),巷道布置情況受下組煤開采影響,因此上組煤是否可采以及工作面回采巷道的合理位置如何確定是一個難題。本文采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場實踐的方法對上組煤開采可行性與工作面巷道的合理位置進行了研究,研究結果如下:(1)分析了近距離煤層層間巖層結構,將層間巖層結構以有無控制巖層為條件分為層間無主控巖層結構、層間單一主控巖層結構以及層間多主控巖層三種類別,并根據(jù)層間巖層物理力學特性,計算了永寧煤礦近距離煤層層間各巖層載荷及破斷規(guī)律,確定永寧煤礦下組4#煤層頂板第8層砂質泥巖為控制巖層,即永寧煤礦近距離煤層是屬于層間單一主控巖層結構。以此為基礎,采用“三帶”判別法、圍巖平衡判別法以及比值判別法三種理論方法,確定永寧煤業(yè)3#煤層可采用上行開采方式。(2)通過FLAC3D三維數(shù)值模擬軟件分析了永寧煤業(yè)4#煤層不同工作面長度回采時對3#煤層的影響,研究結果表明4#煤開采后會對3#煤局部位置產(chǎn)生影響,但未貫通整個煤層,煤層仍具有一定連續(xù)性,因此確定3#煤可采用上行開采方式。(3)采用理論分析與現(xiàn)場實測的方法,研究了永寧煤業(yè)近距離煤層下組煤開采后層間巖層垮落及裂隙發(fā)育特征,對層間距與下組煤裂隙帶分區(qū)關系進行了分類,并基于現(xiàn)場窺視結果確定永寧煤礦3#煤層位于4#煤層裂隙帶內一般斷裂區(qū)內,回采工作面巷道位置應避開裂隙發(fā)育區(qū)與應力增高區(qū)。(4)通過數(shù)值模擬分析方法,確定了4#煤開采后,3#煤層內的應力集中區(qū)域。在工作面傾斜方向上,應力集中區(qū)域為采空區(qū)煤壁幫側6.5~25.3m、采空區(qū)內9.1~46.9m,與4#煤層工作面分別為外錯和內錯關系。在工作面推進方向上,應力集中峰值點位于4#煤層開切眼后方10m處,而在4#煤層開切眼位置前方距離大于6m范圍內,煤層內應力均低于原巖應力。(5)對上組3#煤首采4207工作面巷道布置方案與支護方案進行了設計,4207工作面回風巷采用外錯布置方式,外錯距離為2m;運輸巷道采用內錯布置方式,內錯距離為3m,4207工作面開切眼布置在下組煤工作面開切眼超前6m位置處。巷道采用錨桿+錨索+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護方式。(6)在方案確定后對巷道掘進至150m內的圍巖變形量進行了監(jiān)測,確定巷道掘進影響范圍約為30m,圍巖變形量整體較小,圍巖控制情況較好。截止到2018年12月,永寧煤礦3#煤層已成功回采4個工作面,并且回采過程中未出現(xiàn)明顯的礦壓顯現(xiàn)情況,經(jīng)濟效益具有明顯的提升,表明本文研究結果具有較好的應用效果。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD822.2

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本文編號：2671267