淺埋煤層覆巖運移規(guī)律與圍巖控制

前言

符號表

第1章 緒論 1

1.1 淺埋煤層覆巖運移規(guī)律 1

1.1.1 國外淺埋煤層覆巖運移規(guī)律 1

1.1.2 國內(nèi)淺埋煤層覆巖運移規(guī)律 1

1.2 淺埋煤層開采面臨的圍巖控制問題 4

第2章 神東礦區(qū)地質(zhì)條件及開采典型特征 6

2.1 煤層賦存條件 6

2.1.1 位置 6

2.1.2 交通 6

2.1.3 自然地理 6

2.1.4 地層分布 7

2.1.5 煤層分布 9

2.1.6 煤層儲量 12

2.1.7 神東公司礦井介紹 13

2.2 地質(zhì)構(gòu)造 15

2.3 開采典型特征 16

第3章 淺埋煤層工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 24

3.1 工作面礦壓監(jiān)測技術(shù) 24

3.1.1 礦壓數(shù)據(jù)監(jiān)測 24

3.1.2 礦壓數(shù)據(jù)分析方法 26

3.2 中厚煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 29

3.2.1 石圪臺煤礦2.5m采高綜采工作面 29

3.2.2 榆家梁煤礦2.0m采高綜采工作面 37

3.2.3 中厚煤層綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律總結(jié) 45

3.3 大采高及超大采高綜采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 47

3.3.1 哈拉溝礦5.2m大采高綜采面 47

3.3.2 大柳塔礦7.0m超大采高綜采面 51

3.3.3 補連塔礦8.0m超大采高綜采面 59

3.3.4 上灣礦8.8m超大采高綜采面 64

3.3.5 大采高工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律總結(jié) 70

3.4 放頂煤工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 76

3.4.1 布爾臺礦綜放開采 76

3.4.2 大柳塔礦預(yù)采頂分層綜放開采 78

3.4.3 柳塔礦綜放開采 82

3.4.4 綜放工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律總結(jié) 90

3.5 特殊條件下工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 90

3.5.1 工作面過上覆采空區(qū)集中煤柱 90

3.5.2 工作面過地表溝谷 97

3.5.3 工作面過空巷 112

第4章 淺埋煤層采場覆巖結(jié)構(gòu) 115

4.1 “砌體梁”結(jié)構(gòu) 115

4.2 “懸臂梁 砌體梁”結(jié)構(gòu) 118

4.2.1 “懸臂梁 砌體梁”覆巖破斷特征及形成條件 118

4.2.2 “懸臂梁 砌體梁”結(jié)構(gòu)運動形式 127

4.2.3 “懸臂梁 砌體梁”結(jié)構(gòu)下的支架阻力計算方法 129

4.3 “切落體”結(jié)構(gòu) 131

4.3.1 淺埋煤層采場覆巖破斷特征 131

4.3.2 “切落體”結(jié)構(gòu)的提出 160

4.3.3 “切落體”結(jié)構(gòu)運動與失穩(wěn)機理 161

4.4 支架合理工作阻力驗算及頂板結(jié)構(gòu)分類 167

第5章 淺埋煤層采場頂板控制 179

5.1 淺埋煤層頂板分類 179

5.1.1 分類基礎(chǔ) 179

5.1.2 分類方法 181

5.1.3 分類結(jié)果 186

5.2 液壓支架與圍巖相互作用機理 187

5.2.1 相互作用模型的建立 187

5.2.2 支架對“切落體”結(jié)構(gòu)的影響 188

5.2.3 “切落體”結(jié)構(gòu)對支架的影響 192

5.3 采場頂板來壓預(yù)測預(yù)報 219

5.3.1 關(guān)鍵指標分析 219

5.3.2 頂板來壓預(yù)測預(yù)報方法 223

第6章 淺埋采場頂板災(zāi)害防治技術(shù) 225

6.1 工作面過上覆集中煤柱壓架防治技術(shù) 225

6.1.1 石圪臺礦地質(zhì)開采條件 226

6.1.2 切頂壓架防治技術(shù) 227

6.1.3 防治效果 233

6.2 大采高工作面過空巷防治切頂壓架技術(shù) 234

6.2.1 工作面地質(zhì)開采條件 236

6.2.2 過空巷時壓架防治技術(shù) 236

6.2.3 應(yīng)用效果 240

6.3 大采高工作面過溝谷頂板災(zāi)害防治技術(shù) 246

6.3.1 哈拉溝煤礦地質(zhì)開采條件 247

6.3.2 工作面過溝谷頂板災(zāi)害防治技術(shù) 248

6.3.3 防治效果 249

6.4 工作面堅硬頂板控制技術(shù) 249

6.4.1 深孔預(yù)裂爆破初采強制放頂技術(shù) 249

6.4.2 水力壓裂初次放頂技術(shù) 254

6.4.3 井下定向長鉆孔頂板分段水力壓裂技術(shù) 263

6.5 淺埋大采高工作面柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù) 273

6.5.1 工作面地質(zhì)開采條件 273

6.5.2 柔?；炷裂乜樟粝锛夹g(shù)與工藝 274

6.5.3 應(yīng)用效果 282

參考文獻 285

彩圖 2100433B

本書以神東礦區(qū)淺埋煤層開采為背景，依托大量的淺埋煤層開采實踐與礦壓規(guī)律研究成果，建立以整體切落式破斷和滑落失穩(wěn)為主要特征的“切落體”結(jié)構(gòu)理論?；凇捌鲶w梁”理論、“懸臂梁 砌體梁”理論、“切落體”理論對神東礦區(qū)頂板結(jié)構(gòu)進行分類。研究淺埋煤層采場頂板控制技術(shù)，包括淺埋煤層頂板分類、“切落體”結(jié)構(gòu)與支架相互作用關(guān)系、淺埋煤層綜采工作面液壓支架工作阻力確定以及采場頂板來壓預(yù)測預(yù)報，闡釋淺埋煤層工作面過集中煤柱、過空巷、過溝谷以及堅硬頂板等條件下的頂板災(zāi)害防治實例。

我國西北礦區(qū)地表沖溝發(fā)育的地形地貌導(dǎo)致淺埋煤層長壁開采工作面礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)出新的特征，由此影響礦井安全高效生產(chǎn)的現(xiàn)象普遍存在。本項目以淺埋煤層采動覆巖為研究對象，基于典型沖溝采動坡體物質(zhì)組分及性能參數(shù)測定結(jié)果，綜合運用實驗室相似材料模擬、3DEC數(shù)值計算、理論分析等方法，系統(tǒng)分析由開采引起的采動坡體的活動方式、影響因素及失穩(wěn)模式，將采動坡體活動納入頂板結(jié)構(gòu)控制研究中來，建立沖溝坡體下淺埋煤層開采覆巖整體結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，揭示由采動坡體失穩(wěn)誘發(fā)頂板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的力學(xué)機制。結(jié)合理論分析和采動坡體失穩(wěn)對礦壓影響的敏感性實測結(jié)果，確定沖溝采動坡體敏感性分類的關(guān)鍵指標并研究其定量化描述與計算方法，基于采動坡體的敏感性分類結(jié)果，提出相應(yīng)的控制頂板結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的有效對策。研究成果可指導(dǎo)條件類似礦區(qū)的煤柱設(shè)計、支架選型，也可為山區(qū)采動地表移動變形預(yù)計和采動山體滑坡控制提供理論借鑒。

本項目針對我國西北礦區(qū)地表沖溝發(fā)育的地形地貌特點，以基巖型和沙土質(zhì)型采動坡體為主要研究對象，綜合運用實驗室物理模擬、計算機數(shù)值計算、理論分析及現(xiàn)場實測等手段，對沖溝發(fā)育礦區(qū)淺埋煤層采動覆巖失穩(wěn)機理及其控制進行了系統(tǒng)地研究。在項目組共同努力下，目前已按計劃完成研究內(nèi)容，并初步指導(dǎo)了工程實踐。主要研究成果如下： （1）揭示并證實了工作面不同的推進方向可導(dǎo)致不同的采動坡體活動方式，向溝開采時產(chǎn)生順坡滑移，背溝開采時產(chǎn)生反坡倒轉(zhuǎn)，但基巖型沖溝與沙土質(zhì)型沖溝引起坡體活動的機理不同。提出了基巖型沖溝采動坡體的“多邊塊”鉸接結(jié)構(gòu)，分析了坡角變化對該結(jié)構(gòu)的影響特征，建立了相應(yīng)的穩(wěn)定性分析力學(xué)模型；得出坡角越大，基巖厚度越小，該結(jié)構(gòu)越易產(chǎn)生滑落失穩(wěn)，并計算出控制多邊塊體滑落失穩(wěn)的支護阻力。 （2）提出了沙土質(zhì)型沖溝坡體下淺埋煤層基本頂初次破斷的不對稱性，建立了與基本頂初次來壓和周期來壓相對應(yīng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，并進行了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和“支架—圍巖”關(guān)系分析，計算出控制頂板結(jié)構(gòu)滑落失穩(wěn)的支護阻力。 （3）現(xiàn)場實測結(jié)果驗證了兩種典型沖溝采動坡體下工作面支護阻力計算的有效性，并表明：背溝開采時工作面支護阻力呈減小趨勢，頂板控制的重點區(qū)域為采動坡體的下段；在煤層埋深一定的條件下，沖溝深度越大，坡角越大，采動坡體對工作面頂板的反作用效應(yīng)越大。 （4）基于實測和數(shù)值計算結(jié)果分析，提出了沖溝切割系數(shù)的概念，并依據(jù)裂深比、沖溝切割系數(shù)與坡角等指標，結(jié)合沖溝活動對井下采場礦壓影響的敏感性程度，將沖溝坡體分為敏感型坡體、過渡型坡體和不敏感型坡體三類。 （5）提出了沖溝坡體下開采頂板控制的基本對策和方法，主要包括加大支護強度、合理選擇采高、優(yōu)化開采部署（即避開沖溝開采或沿溝開采）、調(diào)整開采方法等；結(jié)合工程實踐，開發(fā)了沿溝開采技術(shù)，并通過工程實踐驗證了該技術(shù)的優(yōu)越性。開發(fā)了沿溝開采技術(shù)，并通過工程實踐驗證了該技術(shù)的優(yōu)越性。 2100433B

《泥質(zhì)巷道圍巖控制理論與實踐》是系統(tǒng)論述煤礦泥質(zhì)巷道圍巖遇水弱化滲流場時空分布規(guī)律、軟弱夾層頂板巷道破壞機理和失穩(wěn)規(guī)律與實用圍巖控制技術(shù)的學(xué)術(shù)著作。主要內(nèi)容包括：泥巖組分及泥化性能、軟弱夾層頂板巷道失穩(wěn)機理、泥化滲流及注漿控制的理論基礎(chǔ)、泥化軟巖巷道動態(tài)過程控制技術(shù)、泥質(zhì)巷道圍巖控制工程實踐。