近采空区煤层综采工作面覆岩结构特征研究

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1、近采空区煤层综采工作面覆岩结构特征研究-->第一章绪论1.1引言能源是工业发展的基础，国民经济的发展依赖于能源的增长。煤炭是我国的主要能源，在一次能源消费结构中所占比为为68.9%，这一现状在今后相当长时间内将不会改变。2009年我国煤炭开釆量为30.5亿吨，2012年开釆量近37亿吨。有关专家预测，到2020年，我国煤炭需求量仍为30亿吨以上，2050年煤炭在能源消费结构中旳比重仍达到65%[1，2，3]。因此合理的开发、利用煤炭资源，对推动国民经济可持续发展具有重要意义。我国幅貝辽阔，煤层赋存条件迥异。煤层厚度、可釆层数、相

2、邻煤层间距、煤层顶底板岩性和煤岩层倾角等复杂多变。煤层赋存条件的复杂多样性，导致不同开采环境下开釆方法的多样性。如何在不同开釆环境下，采取相应的技术措施，提高煤炭资源回收率，实现煤矿的安全高效生产，一直是煤炭行业关心的重要问题二十世纪九十年代以来，近距离煤层开采在我国采矿界得到越来越多的重视，原因主要有三个方面：一是近距离煤层在我国广泛分布，大部分矿区都存在近距离煤层开采问题，如西山矿区、平顶山矿区、大同矿区、新坟矿区、淮南矿区和贵州水城矿区等。显然，近距离煤层开采的相关研究将是煤矿开采的重大课题；二是随着综合机械化设备、放顶煤

3、和大釆高等高产高效技术的推广应用，大部分矿区赋存条件“优越”的煤层储量越来越少。现有矿井服务年限缩短，这促使近距离煤层开采的问题迅速进入人们的视野，’并得到高度重视；三是近距离煤层开釆，当相邻煤层层间距离较大时，二者开采相互影响程度较小，上下层煤的矿压显现规律和开釆方法完全可以按照单一煤层问题进行处理。而釆矿界现有科研成果亦集中在单一煤层开釆的矿山压力及其控制上。随着煤层层间距的减小，相邻煤层开釆的相互影响逐渐增大，当层间距小到一定程度时，下层煤工作面开采前，其顶板完整程度已受上层煤开采的损伤影响，使得下层煤顶板结构和应力环境发

4、生改变，与单一煤层开采相比，下层煤开采会出现许多新的矿山压力现象，如工作面极易发生顶板冒、漏事故和支架压架等。目前国内外对釆空区下近距离煤层开釆研究成果甚少，显然，要保持上述矿区的高产高效生产就必须进行近距离煤层开釆的相关研究。.......1.2采空区下近距离媒层工作面开采国内外研究与应用现状1.2.1采空区下近距离煤层开采覆岩结构理论的研究现状下层煤幵釆相邻煤层层间距较大时，二者开釆相互影响程度很小，下层煤的上覆岩层结构完全可以按照单一煤层问题进行处理。单一煤层釆场上覆岩层结构理论的发展可以回溯至人们研究覆岩结构而提出来的各

5、种假说和理论。1907年，俄国人M.M.普罗托季亚科诺夫基于现场调研和相似模拟试验，提出“普氏平衡拱”假说。该假说证实了矿山压力的存在，对今后研究采场上覆岩层的结构奠定了基础。1928年，德国人哈克（W.Hack)和吉里策尔（GGillitzer)提出“压力拱"假说。该假说认为，工作面回釆时，上覆岩层由于岩层的自然平衡，形成一个"压力拱"，前拱角支撑在工作面煤壁前方内，后拱角作为另一个支撑点，落在采空区已经垮落的肝石或者采空区的充填体内。前后拱角随工作面推进而向前移动，此时前后拱角为应力增高区，工作面为应力降低区。前后拱角之间的

6、顶底板会形成一个减压区，回釆工作面的支架只需承担压力拱内岩石的重量。该假说解释了两个重要的矿山压力现象：一是支架能承受上覆岩层的范围是一定的；二是煤壁前方和采空区肝石形成的支撑压力于控顶上方的岩层重量。1954年，前苏联R.H.库兹裡佐夫在釆场上覆岩层移动规律研究的基础上展开相关研究，提出了“铰接岩块假说”。该假说不仅解释拱假说的矿山压力现象，而且解释了釆场周期来压现象，首次提出直接顶厚度计算公式，并从控制顶板的角度出发，揭示了支架载荷和顶板下沉量与顶板运动的关系。“铰接岩块假说"是今后探讨矿压理论的奠基石，具有划时代的意义。.

7、.....第二章采空区下近距离煤层综采工作面四种覆岩结构及其特征的数值模拟研究2.1概述矿山压力显现是矿山压力作用下围岩运动的具体表现，其基本表现形式包括围岩的明显运动与支架受力两个方面，回采工作面的矿山压力显现主要取决于回采工作面覆岩结构特征和幵采条件。深入细致的分析围岩稳定条件，找到使其运动与破坏的动力及由此可能引起的破坏和失稳形式，并以此为基础，把矿山压力显现控制在合理的范围，是矿山压力控制的根本目的。就釆空区下近距离煤层综采工作面而言，采场上覆岩层结构及其运动特征是决定釆场围岩控制效果的关键因素，而采场围岩能否得到成功控

8、制是釆空区下近距离煤层综采工作面否高产高效的前提。本章以嘉乐泉煤矿为研究背景，建立采空区下近距离煤层综釆工作面开采时的采场覆岩结构模型，通过其垮落特征研究为釆空区下近距离煤层综釆工作面支架合理载荷的确定提供理论依据。2.2近距离煤层开采工作面上覆岩层结构类型近距