双系煤层开采应力分析及对矿山压力影响研究

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大同煤田属于侏罗系与石炭系双煤系赋存煤田,两组煤系相距100~300 m,侏罗系上、中组煤层已开采结束,下组近距离煤层群开采正在进行,目前大同矿区双系煤同时开采,主采煤层正在由侏罗系转向石炭系3-5#特厚煤层。同忻矿是大同煤矿集团有限责任公司主采石炭二叠系煤层的千万吨级矿井。侏罗系煤层开采后残留的采空区、巷道、煤柱等在同忻井田内分布较为密集,并且双系煤层都存在两硬条件,即煤层与顶板都为坚硬煤岩体。由于双系两硬的特殊条件,开采石炭二叠系煤层的同忻矿开采设备虽已属国内甚至世界一流水平,但在生产过程中工作面依然频繁出现强矿压显现;临空巷道顶板下沉、底鼓、片帮现象严重,给安全高效生产带来了较大影响。因此,开展双系煤层开采应力分析及对同忻矿强矿压显现影响研究,这对于解决同忻矿所面临的强矿压问题以及加深对双系“两硬”煤层开采的认识,对矿井安全高效生产具有指导意义。论文针对同忻矿双系两硬的特殊条件下,以8104工作面为例,应用理论分析、数值模拟、现场监测等方法对同忻矿8104工作面上覆岩层运动规律与矿压显现的关系进行了研究。  以关键层理论为基础,确定了8104工作面上覆岩层中的关键层,对关键层破断与8104工作面的来压进行统计分析,基本满足现场观测到的实际情况;采用数值模拟对侏罗系9#煤、11#煤、12#煤、14#煤开采后,关键层与8104工作面矿压显现的关系以及残留煤柱对5104巷强矿压显现的影响,分析了影响工作面强矿压显现的主要原因,采用理论分析与现场实测相结合的方法,探讨工作面过煤柱时的强矿压显现机理,得到了煤柱影响下工作面顶板受力与运移特征。  研究结果表明,区域应力场与双系煤层采动应力场联合作用对强矿压显现具有控制作用。同忻煤矿石炭系煤层工作面推过上覆侏罗系煤层采空区留设煤柱期间具有强矿压显现特征,其影响因素包括煤柱和石炭系煤层开采后覆岩的垮裂运动两个方面。双系煤层开采应力分析及对矿山压力影响研究不仅为同忻矿的矿压显现提供了理论基础,为强矿压的防治提供了科学决策支持,也为大同矿区其他开采石炭二叠系煤层的矿井提供有意义的借鉴和参考,具有一定的理论意义和实际应用价值。
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