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题名浅埋近距煤层开采三场演化规律及煤柱群结构控制效应
被引量：10
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作者
黄庆享
曹健
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机构
西安科技大学能源学院
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出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第S01期1-9,共9页
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基金
国家自然科学基金面上资助项目(51674190,52074211)
陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2019JLP-08)
西安科技大学优秀博士学位论文培育计划资助项目(PY18002)。
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文摘
为探索浅埋近距煤层开采煤柱减压与地表减损控制方法,以陕西省神南矿区柠条塔煤矿北翼东区1^(-2)与2^(-2)煤层开采为背景,采用物理模拟与理论分析相结合的方法,分析了浅埋近距煤层开采的应力场、位移场和裂隙场(三场)演化规律,建立了下煤柱集中应力、地表下沉、覆岩裂隙和地表裂缝发育与不同煤柱群结构的关系,提出了煤柱群结构的分类,揭示了煤柱群结构效应。研究表明,随上下煤柱错距增大,下煤柱最大垂直应力呈“大→小→大”变化,避开上煤柱集中应力传递区和上工作面采空区中部增压区,可实现下煤柱减压;不同错距煤柱结构形成的地表沉降分为沉降落差极值段、沉降落差减小段和沉降落差稳定段,在沉降落差稳定段地表裂缝最小。揭示了不同错距煤柱群结构对区段煤柱侧覆岩裂隙与地表裂缝的控制效应,确定了煤柱减压与地表减损的合理煤柱错距范围。基于三场演化规律,提出了煤柱群结构分类:叠置煤柱群结构、错置煤柱群结构、减压区分离煤柱群结构和压实区分离煤柱群结构;确定了“减压区分离煤柱群结构”可实现集中应力、地表不均匀沉降、覆岩裂隙和地表裂缝耦合控制,是最佳煤柱群结构。建立了基于煤柱集中应力控制的减压模型和基于覆岩位移与裂缝控制的减损模型,提出了煤柱减压与地表减损耦合控制方法,研究结果可为浅埋近距煤层安全减损开采提供依据。
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关键词
浅埋近距煤层
煤柱错距
三场
集中应力
地表裂缝
煤柱群结构效应
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Keywords
shallow buried closely spaced multi-seams
pillar malposition distance
three-field
concentrated stress
surface fractures
pillars structural effect
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分类号
TD323
[矿业工程—矿井建设]
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题名浅埋近距煤层煤柱集中应力传递规律分析
被引量：12
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作者
曹健
黄庆享
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机构
内蒙古科技大学矿业与煤炭学院
西安科技大学能源学院
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出处
《采矿与安全工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2021年第6期1071-1080,共10页
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基金
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)。
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文摘
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10m,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。
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关键词
浅埋近距煤层
集中应力
煤柱错距
基岩
土层
层间距
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Keywords
shallow-buried closely-spaced multi-seam
concentrated stress
coal pillar staggered distance
bedrock
soil layer
interburden thickness
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分类号
TD322
[矿业工程—矿井建设]
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