【摘 要】
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大同矿区为坚硬顶板条件下双系煤层群开采,现阶段侏罗系煤炭资源开采殆尽,主要开采石炭系3-5#煤层。在石炭系3-5#煤层开采过程中,当达到侏罗系煤层采空区时,已趋于稳定的侏罗
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大同矿区为坚硬顶板条件下双系煤层群开采,现阶段侏罗系煤炭资源开采殆尽,主要开采石炭系3-5#煤层。在石炭系3-5#煤层开采过程中,当达到侏罗系煤层采空区时,已趋于稳定的侏罗系破断顶板结构“活化”失稳。失稳的破断顶板压力将通过遗留煤柱向下传递,造成底部煤层工作面附近应力场发生改变,可能会诱发冲击地压等相关灾害。本文基于大同矿区同忻煤矿8207工作面赋存条件,通过理论分析、相似材料模拟以及现场监测相结合的方法,分析双系煤层开采过程中覆岩沉降、离层、破断演化规律,揭示侏罗系煤层群顶板“活化”失稳机理,主要获得以下结论:(1)基于同忻矿地质勘探资料,在生产现场选取岩芯,并对其进行室内试验,得到了同忻矿3-5#煤层顶板岩层的主要物理力学参数。在此基础上,采用相似材料模拟、数值模拟,模拟双系煤层群开采条件下顶板破断的时空演化过程,揭示了双系煤层群覆岩沉降、离层、破断演化规律;(2)建立了破断顶板“活化”失稳力学模型,获得了侏罗系煤层群破断顶板失稳判据;对3-5#煤层开采不同阶段工作面支架荷载进行计算,并分析了侏罗系煤层遗留煤柱对3-5#煤层支架压力影响。(3)通过对大同矿区同忻矿8207工作面现场矿压监测,获得了遗留煤柱应力集中影响范围;通过分析工作面支架循环末阻力,对推导所得支架阻力计算公式进行验证。在此基础上提出通过开采优化、水压致裂、开采充填等技术降低下部煤层工作面应力集中,从而保证石炭系3-5#煤层的安全开采。
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