特厚煤层综放面区段煤柱宽度及稳定性研究

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研究特厚煤层综放面区段煤柱留设的宽度及其稳定性,对于维持回采巷道的完整性,增加煤炭资源回收率,保障工作面安全高效生产,具有重要意义。论文紧密围绕坚硬顶板特厚煤层综放面区段煤柱留设宽度及其稳定性的问题,以宽沟煤矿W1123工作面为研究背景,综合应用现场工程调研、理论分析、物理相似模拟实验、数值计算与现场监测等探究方法,开展坚硬顶板特厚煤层条件下区段煤柱留设合宽度及其稳定性的研究,取得了如下成果。通过深入细致分析区段煤柱留设的相关理论,建立了区段煤柱的力学模型,得出了煤柱的屈服区宽度为6.6m,根据煤柱的尺寸效应以及极限平衡理论,得到了区段煤柱的合理尺寸范围。构建了物理模型实验,揭示了区段上行开采综放面覆岩运移规律,以及不同宽度煤柱条件下,煤柱的稳定性特征与覆岩的失稳破坏情况,得出了不同宽度煤柱的微震事件数和能量-频次特征,为研究工作面留设合理的区段煤柱进一步奠定了基础。采用数值计算的方法剖析了不同煤柱宽度条件下煤柱内部的变形破坏特征以及应力、能量的演化规律,当煤柱宽度为8.0-10.0m时,在受到工作面采动影响下,煤柱内部应力较高,塑性区出现了联通现象,煤岩体的变形损伤逐步加剧;当煤柱宽度达到13.0-30.0m时,煤柱内部应力分布状态较为平缓,应力峰值逐渐降低,煤柱稳定性不断增强。在考虑巷道煤岩稳定性以及提高煤炭资源回收率等因素的基础上,综合确定区段煤柱留设的合理宽度范围为15.0-20.0m。通过开展特厚煤层综放面区段煤柱稳定性的现场监测研究,运用钻孔窥视仪、松动圈测试仪及钻孔应力计等监测仪器,得到了煤柱内部裂隙发育特征、松动范围以及工作面的矿压演化规律,验证了工作面采动影响下区段煤柱的稳定性。论文研究成果为保障宽沟煤矿B2煤层综放工作面区段煤柱稳定性与安全开采提供了理论支撑,这对类似工程条件下区段煤柱的留设具有一定的借鉴参考价值。
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