[01240446]急倾斜特厚-中厚-薄煤层开采岩层控制技术与应用研究

该项所属科学技术领域为特殊开采（建筑物、水体、铁路及其他受护对象下采煤）,属于矿业工程学科。 针对我国急倾斜煤层三下压煤深部开采问题,本项目采用现场实测、物理勘探、数值模拟、相似模型实验、理论分析、井下开采试验等多种研究方法,对急倾斜煤层深部开采岩层移动机理、地表移动规律、沉陷预测理论、岩层移动控制技术、三下开采应用方面,进行了较为全面和系统的研究。 1.主要研究内容有： （1）急倾斜煤层深部开采地表移动规律实测研究 ①根据窑街三矿急倾斜特厚煤层开采后观测数据（倾角大于45°,煤厚22～110m）,揭示了地表移动变形剧烈、形成深长整体沉陷盆地的特征和移动变形分布规律。 ②开滦马家沟矿急倾斜厚煤层开采（倾角50°～80°）,中硬覆岩,地表移动呈现分区沉陷特征,地表裂缝群在空间分布上和时间发育上呈现非连续的阶段性发育规律,岩层移动在一定开采范围内形成较一致的传播通道。 ③通过分析1991年～至今的观测数据,揭示了京西大台矿坚硬覆岩、基岩出露地区急倾斜中厚—薄煤层（倾角45°～88°,煤厚1.0～3.0m）,深部开采（采深500～800m）地表移动规律。 （2）急倾斜煤层深部开采岩层变形破坏机理 ①急倾斜特厚煤层浅部开采阶段和深部开采阶段覆岩破坏特征、围岩结构迥异,地表移动规律不同。 ②通过相似材料模型试验和数值模拟方法,描述了急倾斜厚—薄煤层开采覆岩垮落的移动破坏过程,岩体应力随采动程度的变化规律和岩层应力分布状态,揭示了急倾斜煤层群开采岩层与地表移动的力学机理,确定了急倾斜煤层开采顶板岩梁挠曲破坏的机理和失稳准则,描述了底板岩层节理裂隙随采动卸载松弛进而贯通破坏的过程,得出了岩体应力随采动程度的变化规律。 （3）急倾斜煤层深部开采岩层移动预测理论 ①根据开采影响传播角在覆岩中传播的变化特征,提出了基于开采影响传播角变化的急倾斜特厚煤层开采沉陷预计模型。 ②根据急倾斜煤层覆岩移动传递特性和开采空间特点,建立了基于倾角变化的急倾斜煤层开采沉陷预测模型和采空区矢量预测方法,提出了地表移动预测参数模型和任意凹凸形状工作面算法。预测模型对于[0,90°]区间任意倾角煤层沉陷问题具有良好的适应性。 ③根据急倾斜煤层开采岩层移动机制,上覆岩层形成楔形破坏区,楔形破坏区上方岩层的滑移变形在地表形成非对称的下沉盆地。将原开采空间转化为楔形破坏区产生的滑移空间来计算急倾斜煤层开采产生的地表移动变形,提出了基于岩层楔形破坏的开采空间转换预测法。 （4）急倾斜煤层开采岩层控制技术 ①提出了仰式反斜开采岩层控制技术,该技术有利于控制顶板岩层垮落、移动范围和变形程度,缩小了地表影响范围。 ②提出了急倾斜厚—薄煤层跨采区协调开采技术,即急倾斜多煤层跨采区协调间歇布置,倾向块段式宽条带、走向伪斜长壁开采。 （5）急倾斜煤层开采地表移动变形预测软件开发 2.本项目成果特点 （1）本项目涉及的急倾斜沉陷规律和技术是国内外的多年面临的难点问题; （2）紧密结合实际问题,特别是生产单位急需解决的问题。 3.推广应用情况 应用上述急倾斜煤层开采沉陷规律和预测方法,进行窑街三矿、京西大台矿和开滦马家沟矿建（构）筑物、铁路下压煤开采,优化了工作面布局。取得了急倾斜矿井多种建构筑物群煤柱开采较长时期、较大范围的成功实践。煤柱的采出率由30%～40%提高到50%～70%,生产效率大幅度提高,延长了矿井服务年限,取得了良好的经济效益和社会效益。研究成果达到国际领先水平,对我国急倾斜煤层煤柱开采具有借鉴意义。