特厚煤层巨厚顶板分层综采工作面区段煤柱失稳机理及控制

• 作者: 王志强 武超 罗健侨 王鹏 石磊 张焦 李敬凯 苏泽华
• 来源期刊: 煤炭学报
• 学科: 工学
• 关键词: 特厚煤层 分层开采 区段煤柱 失稳机理 围岩控制
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 采矿理论与工程
• 页码范围: 3756-3770
• 页数: 15页
• 分类号: TD322
• 语种: 中文
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2021.0112

摘要

针对特厚煤层分层综采工作面,采用理论分析及现场试验相结合的方法,对于巨厚直接顶下区段煤柱失稳机理及控制技术展开研究.首先分析各分层工作面沿空侧覆岩运移规律,通过建立覆岩结构力学模型,得到中、底分层工作面沿空侧覆岩载荷计算公式,其次基于弹塑性理论,得到窄煤柱及宽煤柱内部任意一点应力的解析解,并代入实际工程参数,分析不同尺寸煤柱内部应力分布规律,最后给出中、下分层工作面区段煤柱围岩控制关键技术,进行现场工业性试验.研究表明:中、下分层开采期间,上覆巨厚直接顶会形成"低位短悬臂梁+砌体梁+高位弯曲下沉带"的覆岩结构;将分层开采煤柱受力状态分为"宽煤柱弹性区应力叠加型"和"窄煤柱峰值应力叠加型"2种形式,分别求得宽煤柱内任意一点三向应力及窄煤柱内任意一点垂直应力的解析公式,其中覆岩应力集中系数、煤柱高度及煤柱宽度是主要影响因素;小于15 m的特厚煤层依然适合留设窄煤柱,其内部垂直应力峰值随煤柱高度增大而降低,再受到分层多次采动影响,窄煤柱内实际残余强度更低,更易失稳,而大于15 m的特厚及巨厚煤层不易留设窄煤柱;给出留设合理区段煤柱尺寸的方法,并提出"及时主动+2次被动+3次关键部位锚索注浆加强支护"的围岩控制方案,现场应用效果明显.