煤炭科学技术02-18
本文创新点
作 者
李树刚1,2,刘李东1,赵鹏翔1,2,林海飞1,2,徐培耘1,卓日升1
单 位
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为研究综采工作面采动覆岩压实区演化综合因素影响效应,运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法,开展不同采高(2m<4m<6m)、不同推进速度(3m/d<5m/d<7m/d)以及不同煤层倾角(0°<15°<30°)条件下的采动覆岩压实区裂隙演化规律的研究,得到了压实整体形态随工作面采高、推进速度以及煤层倾角变化的演化规律。结果表明:采空区覆岩“三带”高度随着工作面采高的增大、推进速度的减小以及煤层倾角的增大呈线性增大趋势。采空区上覆岩层离煤层顶板越远,其贯通度数值越小,并在达到一定高度后,出现迅速减小的现象。受更高层位岩层的挤压以及两侧煤壁的支撑作用,覆岩离层率呈现两侧高于中部的“马鞍形”。构建出以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及裂隙带发育高度为依据的综采工作面覆岩压实区边界判定准则,得到了不同开采条件下覆岩压实区整体发育形态,进而发现工作面采高对压实区影响主要表现在高度方面,煤层倾角对压实区宽度和对称度的影响较大,推进速度对压实区的高度与宽度都有较为明显的影响。基于采动裂隙椭抛带理论,结合物理相似模拟试验结果,构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。
研究背景
等建立了松散层拱结构模型。基于关键层理论,笔者等运用物理模拟与数值模拟的方法,提出了采动裂隙椭抛带理论, 并进一步研究了不同采高、推进速度、煤层倾角、开采方式对裂隙演化规律的影响。杨科等通过理论分析与模拟实验相结合的方法,研究了多关键层运移对采动裂隙演化规律的影响,发现采动裂隙随关键层的破断呈“跳跃式”向上扩展。何富连等研究了特厚煤层采用长壁机械化放顶煤开采时,关键层垮落后会形成低悬臂梁和高铰梁结构。基于采动裂隙椭抛带理论,文献[16-20]对不同倾角、推进速度、采高、缓倾斜条件下的卸压瓦斯运移优势通道形态演化规律进行研究,建立了采动卸压瓦斯优势通道演化模型。文献[21-24]运用物理模拟与理论分析相结合的方法,研究了急倾斜条件下的采动覆岩失稳机理,获得了急倾斜煤岩体动力失稳灾害的治理方法。文献[25-28]研究了保护层岩性、保护层层间距、保护层层位等不同条件下采动覆岩裂隙发育规律,得到了相应的煤层瓦斯卸压效果。通过物理模拟、数值模拟与理论分析相结合的方法,文献[229-30]研究了巨厚煤层开采条件下的覆岩裂隙运移规律,获得了围岩应力演化和来压规律,有效预防了巨厚煤层开采导致的顶板事故。
文章部分图表
表 1 上覆岩层物理力学参数
图 2 不同影响因素下覆岩“三带”高度
图 3 覆岩贯通度变化规律
图 4 覆岩离层率变化规律
图 5 不同影响因素下覆岩压实区形态变化
图 6 不同影响因素下覆岩压实区形态特征
图 7 高位钻孔布置俯视图
图 8 高位钻孔布置侧视图
表3 10号、11号高位钻场钻孔布置参数
图 9 瓦斯抽采纯量占比
图10 瓦斯浓度分布
结 论
1)覆岩“三带”高度随着采高、煤层倾角的增大呈线性增大趋势,随着推进速度的增大呈线性减小趋势。
2)覆岩贯通度离煤层顶板越远,数值越小,并达到一定高度后,出现迅速减小的现象,且该突变点高度与采高增大、煤层倾角增大以及推进速度减小呈正相关关系。
3)构建了以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的覆岩压实区边界判定准则。
4)压实区形态发育受多种因素影响,采高增加主要导致压实区高度增大,达到23.7m;推进速度增大对压实区高度与宽度影响程度较为一致,分别达到11.1m 和11.5m;煤层倾角增大对压实区宽度影响明显,使其增加14m,并导致压实区从对称椭圆抛物面,逐渐向工作面侧偏移。
5)构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析 了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。
结 论
2)覆岩贯通度离煤层顶板越远,数值越小,并达到一定高度后,出现迅速减小的现象,且该突变点高度与采高增大、煤层倾角增大以及推进速度减小呈正相关关系。
3)构建了以覆岩贯通度突减、覆岩离层率突增以及断裂带发育高度为依据的覆岩压实区边界判定准则。
4)压实区形态发育受多种因素影响,采高增加主要导致压实区高度增大,达到23.7m;推进速度增大对压实区高度与宽度影响程度较为一致,分别达到11.1m 和11.5m;煤层倾角增大对压实区宽度影响明显,使其增加14m,并导致压实区从对称椭圆抛物面,逐渐向工作面侧偏移。
5)构建了多因素影响下的采动裂隙椭抛带压实区演化综合效应模型,并结合工程实践,有效提高综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析 了现场瓦斯治理效果,保证了工作面的安全回采。
引用格式
李树刚,刘李东,赵鹏翔,等.综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析[J].煤炭科学技术,2022,50(1):95-104.
LI Shugang, LIU Lidong,ZHAO Pengxiang,et al.Analysis and application of fracture evolution law of overburden compacted area on fully-mechanized mining face under multiple factors[J].Coal Science and Technology,2022,50(1):95-104.
李树刚,刘李东,赵鹏翔,等.综采工作面覆岩压实区裂隙动态演化规律影响因素分析[J].煤炭科学技术,2022,50(1):95-104.
LI Shugang, LIU Lidong,ZHAO Pengxiang,et al.Analysis and application of fracture evolution law of overburden compacted area on fully-mechanized mining face under multiple factors[J].Coal Science and Technology,2022,50(1):95-104.
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