论文摘要
在我国,薄煤层储量占煤炭总储量的20%左右,随着煤炭可采储量的日益枯竭,薄煤层开采已经成为许多矿井煤炭开采中不可避免的问题。北京昊华集团木城涧煤矿现已进入薄煤层开采阶段,该矿+250水平西一采区二、三槽煤层为缓倾斜薄煤层,两槽间具有适度间距,针对该煤矿缓倾斜煤层的实际情况,基于采区煤层实际顶、底板、夹层岩石的特点,为使薄煤层能得到充分合理的开发和利用,以期又快又好的提升煤炭采收率,拟进行两槽反向同采。针对缓倾斜薄煤层两槽同采顶板破坏规律,在充分调研的基础上,采用理论分析、相似材料模拟实验和数值模拟相结合的方法,对该开采方案以及同步开采方式下的矿压显现规律、顶板变形破坏机制及控制对策进行系统研究,动态分析顶、底板、夹层围岩的变形和破坏过程,确定了回采工作面直接顶初次来压和周期来压步距,明确直接顶垮落时岩层垮落角,采用位移传感器测定回采工作面推进不同距离,顺槽顶板下沉距离,确定直接顶初次垮落极限前,顺槽顶板下沉最大距离,分析研究影响回采工作面安全开采和顺槽锚、网索安全支护的关键因素,探索工作面顶底板和顺槽锚、网索支护监测监控方法和技术手段。并分析有无护巷煤柱支护情况下巷道变形规律、破坏机制、应力分布及煤柱支护的加固效果。结果表明:二槽煤层顶板多次来压后,二槽煤层上方采空区大面积冒落,使二槽煤采空区上部岩层和三槽煤层及上部岩层整体下沉,三槽煤层和直接顶岩层没有受到破坏,给回采三槽煤层造成有利条件。随着三槽煤层工作面推进,二槽煤层顶板大部冒落,压密三槽煤层和上部岩层,提高顶板岩体整体性,有利于三槽煤层开采,但由于大面积冒顶,会产生强大的冲击载荷,给工作面和顺槽很大压力,所以必须对工作面和顺槽加强支护,加大支护强度,保证安全生产。当采取10m护巷煤柱支护时,开采后煤柱上承受的应力分布并不均匀,出现了应力集中现象。无煤柱开采后顶板应力集中程度降低。两槽同步对向开采后顶板向下运动,顶板无法正常下落形成冒落区,可能出现地表下沉现象。无煤柱支撑时,由于岩石的碎胀系数,冒落的岩石将填充采空区,有利于地面建筑物的安全。数值模拟和实验结果从安全性和经济性方面揭示了对该采区煤层进行同步回采顶板破坏规律和控制对策,对相关问题的理论研究和生产实践具有指导意义。