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我国神东地区蕴藏着丰富的浅埋煤层,神东矿区在进行第一主采煤层开采时曾采取房柱式开采,因此在进行第二主采煤层开采时部分矿井存在工作面过上覆房采采空区及煤柱区的现象,这进一步引发了许多技术难题。据统计,由于上覆煤柱的影响,工作面在推进的过程中曾发生多起压架事件。如何确保工作面在煤柱区下的安全高效高产,是矿区亟需解决的技术难题。本文以石圪台煤矿31201工作面为研究背景,通过力学实验、相似模拟实验、现场实测与理论分析等方法对其矿压显现规律进行了深入的研究。 本文首先进行了相似模拟材料的配比实验研究。建立了不同材料配比号与试件力学参数之间的关系,为相似模拟材料配比提供依据。其次,根据石圪台31201工作面地质条件及开采技术条件,依据相似模拟实验、现场实测、理论计算等方法研究了工作面过上覆采空区及煤柱区的矿压显现规律,得到了工作面的初次来压步距、周期来压步距及支架的工作阻力等数据。 通过相似模拟实验可知:工作面上覆为采空区时,初次来压步距为48m,周期来压步距平均为14m,采动过程中模型支架工作阻力小于额定工作阻力;工作面上覆为煤柱区时,矿压显现剧烈,而当工作面在出煤柱阶段矿压显现非常剧烈,支架峰值达到31950KN,是额定工作阻力的1.78倍。同时,依据煤层底板压力传感器实测分析可知,工作面超前支护距离约为20m。通过现场实测分析可知:31201工作面上覆为房采采空区时,初次来压步距48.6m,周期来压步距为11.1m,来压期间支架平均支护阻力38.7MPa(15209KN),非来压期间支架平均支护阻力30MPa,动载系数1.29。工作面上覆为煤柱时,为了防止压架事件,此时应对煤柱比较集中区域进行爆破处理,弱化煤柱,削弱煤柱应力集中。经现场验证可知,该方法可行,但为保证安全,仍需在工作面利用液压支柱加强支护,并结合其它监测手段预防压架事件的发生。 通过对31201工作面相似模拟实验及现场实测可知,二者结果基本吻合,研究结果为预防压架事件提供了参考,为类似煤层的安全开采具有一定的借鉴意义。