大面积巷式采空区覆岩破坏机理及上行开采可行性分析

为揭示大面积巷式采空区上覆岩层破坏失稳机理,建立了均布荷载下连续深梁力学结构模型,得出了巷式开采下顶板岩层应力分布规律。立足于顶板岩层结构的力学特性,提出了大面积巷式采空区上方煤层上行开采可行性判定理论及方法,理论计算得出虎龙沟煤矿8号煤层大面积巷式采空区影响高度为8.8 m。利用FLAC^2D软件对5号煤层实施上行开采的可行性作进一步论证,研究结果表明：随着开挖条带个数的增多,应力弱化系数等值线的高度不断增加,然而当开挖条带个数大于4个时,应力弱化系数不再增高,得出虎龙沟煤矿8号煤层采空区影响高度为10 m。理论计算和数值模拟均表明8号煤层采空区影响高度小于煤层层间距25-30 m,因此,虎龙沟煤矿大面积巷式采空区上方煤层上行开采是可行的。

采动影响下巷式残采区上行开采可行性判定

为了揭示巷式残采区上行开采层间岩层破坏失稳机理,考虑上方煤层的采动影响,立足于岩层结构的力学特性,建立了均布荷载下连续深梁力学结构模型。结合虎龙沟煤矿开采实际,对8号煤巷式残采区层间岩层稳定性进行理论计算分析,同时FLAC3D数值模拟分析层间岩层的应力场和位移场分布特点。研究结果表明:当采用上行开采时,在巷式残采区相邻煤柱之间,"内应力拱"会在悬空的顶板中出现,且在整个采场上方顶板中形成更大范围的"外应力拱",则巷式残采区上覆顶板存在稳定的层间控制岩层,能够有效避免集中应力破坏层间岩层,抑制上覆岩层破坏高度的扩展。若在采场上方形成较大范围的"位移拱",则说明层间岩层破断并没有形成层间控制层,不能上行开采。可见稳定的层间控制层对上行开采全局起着决定性的作用。