采矿与安全工程学报 ›› 2021, Vol. 38 ›› Issue (6): 1071-1080.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2020.0540

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浅埋近距煤层煤柱集中应力传递规律分析

曹健,黄庆享   

  1. 1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古  包头  014010;2.西安科技大学能源学院,陕西  西安  710054
  • 出版日期:2021-11-15 发布日期:2021-12-06
  • 通讯作者: 曹健 E-mail:974613979@qq.com
  • 作者简介:曹健(1991— ),男,山西省大同市人,博士,讲师,硕士生导师,主要从事矿山压力与岩层控制方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51674190,52074211);西安科技大学优秀博士学位论文培养计划项目(PY18002)

Concentrated stress transfer mechanism of coal pillarin shallow-buried closely spaced multi-seam mining

  • Online:2021-11-15 Published:2021-12-06

摘要:

为探究浅埋近距煤层开采上煤层区段煤柱底板集中应力传递规律,以及下煤层煤柱集中应力控制方法,以柠条塔煤矿1-2煤层与2-2煤层开采为背景,结合理论分析、数值模拟及工程实践,建立上煤柱底板集中应力计算模型,揭示上煤层煤柱底板集中应力分布规律,提出基于下煤柱集中应力控制的煤柱错距确定方法。研究表明,随着上煤柱底板深度增加,煤柱正下方的垂直应力呈降速减小,水平应力分布曲线由1个峰值演化为2个峰值,且峰值应力位置向煤柱两端扩散。建立下煤柱集中应力控制的煤柱错距模型,提出煤柱错距确定方法,为控制重复采动下煤柱的集中应力,下煤层巷道应布置在上煤柱向下传递的高应力区范围之外。合理的煤柱错距主要与基岩、土层性质及层间距等因素有关,其随基岩和土层厚度的变化呈正相关,基岩(土层)厚度每增加10 m,煤柱错距应增大1.123 m(0.987 m);煤柱错距随层间距的变化曲线呈“抛物线”,层间距小于35 m时,煤柱错距随层间距增大呈降速增加趋势,层间距越小,其变化对合理错距的影响越显著,层间距35~45 m时,煤柱错距随层间距增大而减小。通过开采实例对煤柱错距模型进行验证,结合理论模型计算和数值模拟,柠条塔煤矿两煤层合理煤柱错距应大于20 m。研究结果可为浅埋近距煤层开采的煤柱减压提供新思路。

关键词: 浅埋近距煤层, 集中应力, 煤柱错距, 基岩, 土层, 层间距

中图分类号: