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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采理论与技术
  • 42
  • 作者

    伍永平皇甫靖宇王红伟胡博胜罗生虎

  • 单位

    西安科技大学能源学院西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室西安科技大学理学院

  • 摘要
    大倾角煤层走向长壁采场围岩结构及应力环境异化,工作面不同位置“支架-围岩”系统的构成因素及灾变模式不同,导致工作面安全事故频发、煤炭采出率较低、巷道掘进率高。论文通过对大倾角采场围岩采动力学行为的分析,提出了大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术构想,工作面走向推进过程中沿倾向对采空区下部进行局部充填,充填体既与巷旁支护作用形成沿空巷道,取消区段保护煤柱,实现大倾角煤层无煤柱开采,又增大了工作面倾向下部充填压实区长度,加强了工作面“支架-围岩”系统稳定性。根据大倾角走向长壁采场特点,优选确定了大倾角膏体局部充填工艺,设计了大倾角局部充填回采系统、采充工艺。并采用理论分析、模拟实验、数值计算等相结合的方法,分析了局部充填对大倾角走向长壁采场围岩采动力学行为的调节机制。结果表明:充填体影响基本顶岩梁的变形破坏及采场倾向下侧煤岩体承载特征,基本顶、运输巷顶板变形量及运输巷倾向下侧煤岩体所受约束均随充填长度的增大而减小;为防止采空区未充填区悬顶灾害,充填长度不应超过工作面长度的1/3。局部充填体限制了工作面下部区域顶板破断,降低覆岩关键域形成层位,形成稳定的巷帮,减小沿空留巷围岩变形量;同时工作面倾向下部充填区长度增大,中、上部围岩结构不稳定区域的长度缩小,“支架-围岩”系统稳定性提升。充填体改变了采场围岩应力传递路径,承担了部分覆岩载荷,工作面下侧支承压力及超前支承压力均随充填长度的增大而减小,工作面倾向下部充填区域的超前支承压力降幅最大,沿空巷道及工作面应力状态得到改善。大倾角走向长壁工作面局部充填无煤柱开采技术具有提高资源回收率、降低掘进率、缓解采掘接替紧张、加强工作面“支架-围岩”系统稳定性等优势,对于指导大倾角煤层绿色安全高效开采具有重要科学意义。
  • 关键词

    大倾角煤层无煤柱开采局部充填沿空留巷采动应力

  • 文章目录
    1大倾角局部充填无煤柱开采科学内涵及技术路径
    1.1大倾角采场采动力学行为分析
    1.2局部充填无煤柱开采技术原理
    1.3局部充填无煤柱开采充填工艺
    1.4局部充填无煤柱开采系统布置
    1.5局部充填无煤柱开采采充工艺
    2局部充填作用下围岩结构稳定性
    2.1基本顶变形破坏特征
    2.1.1基本顶受力模型
    2.1.2算例及分析
    2.2采场边界煤岩体承载
    3局部充填作用下围岩变形特征
    3.1相似材料模拟实验
    3.2覆岩垮落运移规律
    3.3沿空巷道围岩运移特征
    4局部充填作用下采场应力演化特征
    4.1.数值计算模型
    4.2.采动应力传递路径
    4.3.支承压力演化特征
    5 讨论
    6 结论
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