大采高采場煤壁穩定性及其與支架的相互影響研究

《大采高采場煤壁穩定性及其與支架的相互影響研究》是依託中國礦業大學，由劉長友擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大采高采場煤壁穩定性及其與支架的相互影響研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉長友
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

當前，大采高綜采已成為我國礦井實現厚煤層安全高效高回收率開採的主要工藝方式之一。由於大采高采場開採空間大、岩層移動垮落範圍大，礦壓顯現程度增大，因而大采高煤壁的穩定性問題成為制約大采高綜采安全高效生產和適應性的關鍵問題。因此，本項目從大采高煤壁穩定性及其與支架穩定性的相互影響作為研究的立足點，研究不同煤層硬度和不同裂隙分布組合條件下，大采高工作面超前采動應力的分布規律和作用特徵、煤壁內裂隙的產生、擴展和貫通演化規律以及煤壁的變形位移規律；研究大采高采場老頂失穩對支架位態及煤壁穩定性的影響規律，以及大采高煤壁在采動應力作用下失穩垮落的空間分布特徵、失穩垮落的類型、力學作用機制，研究大采高支架架型結構和支護參數對煤壁穩定性的控制作用以及煤壁穩定性對端面頂板和支架穩定性的影響，提出基於煤壁穩定性影響的大采高綜采的適應條件，為大采高綜采合理套用、支架的合理選型以及煤壁穩定性控制提供理論依據。

結題摘要

本項目基於我國大采高綜採煤壁片幫失穩及其與支架穩定性相互影響，進而影響厚煤層的安全高效開採問題，綜合採用現場調研、理論分析、物理模擬、數值計算、工業性試驗等研究方法，對大采高煤壁失穩特徵、支架與煤壁相互作用影響機制及相應控制技術等進行了系統深入的研究。研究成果： （1）揭示了大采高工作面超前采動應力的分布規律以及采高對煤壁支撐能力的影響規律，提出了弱化係數的概念，以表征采高對煤壁支撐能力的弱化效應，得出大采高工作面極限平衡區內支承壓力與采高及煤體的損傷程度成反比的關係，與鬆軟煤體的力學參數（E、C）成正比的關係。 （2）基於節理裂隙的損傷及采動應力的分布特徵，揭示了煤壁內節理裂隙的產生、擴展和貫通演化規律以及煤壁的變形位移規律，得出煤層內節理裂隙擴展貫通的形態、尺寸及密度主要受原生節理面產狀的影響，煤壁的變形破壞形態是節理裂隙擴展演化的巨觀表現。在硬及中硬煤層條件下，當節理面傾角為90°時，煤壁穩定性主要受工作面來壓的影響；當節理面與工作面存在交線時，工作面易片幫區域位於交線附近。在鬆軟煤層條件下，工作面易片幫區域多位於煤壁中部，煤體的物理力學參數越小，煤壁越易失穩。 （3）自主設計研製了用於大采高綜采工作面支架與圍岩相互作用關係研究的模擬支架及液壓控制系統，實驗得到了大采高煤壁在采動應力作用下失穩垮落的空間分布特徵、失穩垮落類型以及支架初撐力對大采高工作面煤壁失穩的影響規律、煤壁失穩和頂板活動對支架位態及承載特徵的影響規律。 （4） 建立了大采高工作面支架-頂板-煤壁相互影響關係的力學模型，揭示了三者的相互作用機制。大采高工作面支架支護強度及直接頂下沉量均隨煤壁片幫深度和基本頂迴轉角的增大近似呈線性增加，直接頂下沉量及煤壁片幫深度與支架支護強度近似呈類雙曲線關係，煤壁片幫深度隨基本頂迴轉角度的增大而增大，極限片幫深度趨向於基本頂斷裂線至煤壁的距離。 （5） 提出了基於煤壁穩定性控制的大采高綜采的適應條件及相應的控制技術措施，並進行了工業性試驗，取得了顯著的技術效果。極軟厚煤層大采高工作面，採用超前深孔靜壓預注水技術，改善了煤壁的穩定性，使得片幫頻率降低了80%，平均片幫深度減小了35%。採用超前鬆動爆破強制放頂技術，工作面煤壁片幫頻率及深度大幅度降低，確保了堅硬頂板大采高工作面支架的穩定性。