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研究矿井强含水层下特厚煤层工作面合理开采方法及开采参数对于强含水层下矿井的安全开采及水害防治具有重要理论及实际意义。本文以彬长矿区高家堡矿的工程地质条件为研究背景,采用理论分析、经验类比及数值模拟等综合研究方法,对新建矿井强含水层下特厚煤层工作面的采煤方法及安全开采参数进行了研究。 由于一次性采出厚度大,煤体软弱易破碎,采用大采高综采片帮严重,顶板管理困难,大采高支架支撑性能及护顶能力较差;采用综采放顶煤开采,顶煤容易放出,且具有成熟的技术及管理经验,综合分析确定高家堡煤矿强含水层下特厚煤层工作面采用综采放顶煤开采工艺。 采用经验类比和前人的研究成果,初步确定了高家堡矿强含水层下特厚煤层开采时,既不导通上覆洛河组强含水层又能尽可能多采出煤炭资源的煤层采厚不大于8m。因高家堡矿矿井采深大,地温高,且属高瓦斯矿井,通风风量要求大,同时采厚大,运输能力要求高,首采面宽度不宜太大,综合分析确定工作面宽度不宜超过160m。 采用FLAC3D数值模拟软件,分别对采厚为4m、5m、6m、7m、8m和工作面斜长依次为100m、120m、140m、160m组合开采参数条件下覆岩运动规律进行了模拟计算,通过覆岩塑性区发育高度和位移变化情况分析,确定了不同采厚及工作面斜长条件开采后的导水裂隙带高度。考虑安全煤(岩)柱留设,在采区布置确定的情况下,得出高家堡矿强含水层下特厚煤层的合理采厚(在不导通上覆强含水层前提下尽可能采出煤炭资源)为6m,工作面斜长为120m。 上述研究成果在矿井首采101工作面得到了应用,采用放顶煤开采,设计采高3.5m,放煤高度2.5m,实践验证了开采参数确定的合理性。提出了工作面开采时的防治水安全技术措施。本研究成果可为彬长矿区及类似采矿地质条件下的工作面安全开采提供借鉴。