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 WANG Zhiqiang;WU Chao;LUO Jianqiao;WANG Peng;SHI Lei;ZHANG Jiao;LI Jingkai;SU Zehua

作者机构：中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 西安科技大学西部煤炭绿色开发国家重点实验室陕西西安710054 中国矿业大学(北京)共伴生能源精准开采北京市重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)煤炭安全开采与地质保障国家级实验教学示范中心北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2021年第46卷第12期

页      面：3756-3770页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金面上资助项目(52074291,51774289) 国家自然科学基金青年基金资助项目(51404270) 

主　　题：特厚煤层 分层开采 区段煤柱 失稳机理 围岩控制 

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。