【摘要】：淺埋煤層的薄基巖、厚松散層賦存特征易導(dǎo)致工作面發(fā)生頂板滑落失穩(wěn)等礦壓事故,但其瓦斯低、傾角小、結(jié)構(gòu)簡單的賦存特征也為高強度開采提供了條件,目前神東、榆神等礦區(qū)存在不少淺埋高強度開采工作面。由于對淺埋高強度開采工作面礦壓機理及其控制研究較少,時有頂板滑落失穩(wěn)事故發(fā)生,因此,本文采用理論分析、數(shù)值計算、物理相似模擬和現(xiàn)場實踐相結(jié)合的方法,以榆神礦區(qū)涼水井煤礦4-2煤綜采面為背景,分析了工作面長度加長和推進速度加快對淺埋綜采面覆巖運動和礦壓顯現(xiàn)特征的影響規(guī)律,研究了淺埋高強度開采綜采面礦壓控制原理與技術(shù),研究成果進一步豐富了煤礦巖層控制理論,主要取得以下創(chuàng)新性成果:(1)基于彈性薄板理論分析了淺埋綜采面基本頂彎矩分布規(guī)律,得到了加長綜采面基本頂在豎向“O-X”斷裂后易產(chǎn)生沿傾向方向斷裂,使基本頂成為靜不定結(jié)構(gòu)。再根據(jù)板的內(nèi)力分配原則和靜力平衡理論,得到基本頂穩(wěn)定性系數(shù)與綜采面推進距離、工作面長度、基本頂上覆荷載的關(guān)系,揭示了淺埋加長綜采面易發(fā)生頂板滑落失穩(wěn)的機理。(2)分析了工作面長度對淺埋綜采面采場覆巖破斷、圍巖支承壓力分布、煤壁穩(wěn)定性等礦壓顯現(xiàn)特征的影響規(guī)律,隨著工作面長度的增加,覆巖移動破壞程度、頂板下沉量、圍巖支承壓力峰值、煤壁片幫等礦壓顯現(xiàn)強度都有不同程度的增大,但當(dāng)工作面長度增加至一定值后,增幅逐漸減緩并趨于穩(wěn)定,揭示了淺埋加長綜采面來壓劇烈、煤壁片幫的發(fā)生機理。(3)分析了工作面推進速度對淺埋綜采面采場覆巖破斷、圍巖支承壓力分布、煤壁穩(wěn)定性等礦壓顯現(xiàn)特征的影響規(guī)律,隨著工作面推進速度的增加,圍巖應(yīng)力和變形調(diào)整不充分,頂板下沉量和煤壁片幫量減小,礦壓顯現(xiàn)強度降低,但是圍巖應(yīng)力集中系數(shù)會增大,當(dāng)推進速度增加至一定值后,對二者的影響幅度逐漸減緩并趨于穩(wěn)定。(4)提出了淺埋高強度開采綜采面礦壓控制機理——減小覆巖勢能轉(zhuǎn)化給支撐系統(tǒng)(煤壁和液壓支架)的做功量。在綜采面初次來壓階段采用預(yù)裂爆破頂板技術(shù)釋放和轉(zhuǎn)化較大覆巖彈性能;在正常回采階段所選液壓支架合理工作阻力和初撐力使覆巖形成穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)并維持支架-圍巖整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有效降低了榆神礦區(qū)淺埋高強度開采綜采面頂板大面積來壓、煤壁片幫等礦壓顯現(xiàn)強度。
【圖文】：

具體內(nèi)容和技術(shù)路線（圖 1-1）為：（1）采用理論分析方法分析工作面長度加長對淺埋綜采面基本頂斷裂形式和穩(wěn)定性的影響，并且采用數(shù)值計算方法分析不同工作面長度下淺埋綜采面采場覆巖運動、圍巖支承壓力分布、煤壁穩(wěn)定性等礦壓顯現(xiàn)特征，，得到工作面長度對淺埋綜采面礦壓顯現(xiàn)的影響機理與規(guī)律。（2）采用數(shù)值計算和物理相似模擬方法分析不同工作面推進速度下采場覆巖運動、圍巖支承壓力分布、煤壁穩(wěn)定性等礦壓顯現(xiàn)特征，得到工作面推進速度對淺埋綜采面礦壓顯現(xiàn)的影響機理與規(guī)律。（3）根據(jù)淺埋煤層工作面礦壓顯現(xiàn)機理和特征，結(jié)合高強度開采給工作面礦壓顯現(xiàn)帶來的影響效應(yīng)，對工作面礦壓控制機理和技術(shù)進行較深入研究，為淺埋高強度開采工作面的安全回采提供技術(shù)保障。（4）依據(jù)前述提出的“淺埋高強度開采綜采面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律與控制研究”，針對涼水井煤礦試驗工作面的生產(chǎn)地質(zhì)條件，設(shè)計合理的礦壓控制技術(shù)與參數(shù)，并進行現(xiàn)場礦壓觀測和控制效果評價，增加研究成果的可靠性。

圖 2-1 煤與巖石力學(xué)實驗Figure 2-1 Mechanical experiments of coal and rock01020304050600 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1KNmm力-位移曲線0204060801000 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4KNmm力-位移曲線（a）煤 （b）粉砂巖圖 2-2 抗壓強度實驗試樣的力-位移曲線Figure 2-2 Stress deformation curve of compressive strength test0246810120 2 4 6 8 10剪應(yīng)力/MPa正應(yīng)力/MPa煤樣頂板
0.7182 2.5950
0.8759 +0.9206圖 2-3 煤與粉砂巖剪切強度試驗應(yīng)力曲線Figure 3-3 Stress curve of shear strength test
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD323;TD355

【參考文獻】

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本文編號：2687571