浅埋煤层群覆岩裂隙带发育规律及围岩控制技术研究

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高家梁煤矿目前主采2-2上、2-2中煤层。煤层群开采后,覆岩会形成较大范围的裂隙带,如果裂隙带与地表水贯通,易造成地表水的流失,破坏生态环境,由于两层煤的间隔层较薄,下层煤开采对导水裂隙带影响极大;下煤层巷道,受采空区及煤柱影响,支护困难,变形较大。本文以高家梁煤矿浅埋煤层群开采条件为背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的方法,研究浅埋煤层群开采覆岩裂隙带发育规律,并对巷道支护参数进行设计,获得的主要结论如下:  (1)由数值模拟结果可知,20107和20307面回采后导水裂隙带高度分别为33.5m,122m;通过现场探测测得20107和20307工作面回采后导水裂隙带高度分别为32.50m和120.40m。煤层群开采时,上煤层覆岩受采动影响,产生“活化”现象,其过程可分为6个阶段;建立了破断覆岩二次“活化”结构力学模型,提出了煤层群开采裂隙带发育高度判别方法,计算得到20107和20307工作面回采后导水裂隙带高度分别为27.54m和129.67m。综合数值模拟、现场观测、经验公式和理论计算的结果,发现重采时经验公式的误差很大,初采和重采时修正公式的误差均较小,修正公式可以较为准确地预计导水裂隙带高度。  (2)建立了锚杆组合压缩岩梁结构力学模型,推导出了可稳定顶板压缩岩梁厚度的计算公式;分析了巷道埋深、普氏拱两帮扩展宽度、岩层加锚后单轴抗拉强度对可稳定顶板压缩岩梁厚度的影响;以可稳定顶板压缩岩梁厚度的计算公式为基础,计算得出锚索长度大于2.99m,并对锚索长度进行了校核。  (3)对浅埋煤层群底煤层巷道围岩应力进行了数值模拟,通过对实体煤下方巷道与采空区下方巷道围岩应力的对比分析发现:在采空区下方掘进巷道时,巷道两帮的垂直应力集中区域向底板转移,垂直应力峰值明显增大;巷道顶板的水平应力集中现象减弱,巷道底板的水平应力集中现象则显著增强;巷道两帮的最大主应力集中现象减弱,巷道底板的最大主应力集中现象则显著增强。以上结论说明,受上煤层工作面回采卸压影响,采空区下方巷道围岩应力集中现象逐渐由顶板向底板转移,有利于巷道顶板和两帮的支护。  (4)通过理论计算和数值模拟,确定了采空区及煤柱下巷道的支护方案,现场观测显示,煤柱下方巷道受应力集中影响围岩变形量明显大于采空区下方,但是最大不超过40mm,锚杆(索)受力、围岩应力及离层量也均在安全可控的范围之内,说明巷道围岩变形在支护后得到了有效控制。
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