条带式Wongawilli采煤法煤柱破坏机理及稳定性研究

摘要

我国煤矿“三下” 采煤问题越来越突出，为了实现最大限度的煤炭资源回收，需要研究“三下” 采煤技术。条带式Wongawilli新型采煤法是一种高效“三下”采煤技术，其结合了条带采煤巷道布置方式与Wongawilli开采工艺，通过连续采掘技术实现高产高效，同时减小采动损害，保护地表建(构)筑物。条带式Wongawilli采煤法通过覆岩控制实现地表减沉，而煤柱稳定性是覆岩控制的关键，本文以王台矿、赵屋矿为工程研究背景，采用理论分析、相似模拟及数值模拟相结合的方法，针对条带式Wongawilli采煤法煤柱破坏机理及稳定性进行了研究。主要包括以下几个方面： (1) 基于不规则煤柱、条带煤柱、采硐及支巷相互位置关系，提出了条带式Wongawilli采煤五种井下巷道布置，介绍了其主要的设备及回采参数。 (2)观察了条带Wongawilli采煤法煤柱的变形及破坏演化特征，分析煤柱宽度、有无支护等不同条件下的破坏形态、围岩应力场、位移场、塑性区等，为采场顶板管理和围岩控制提供依据。 （3 )分析了条带式Wongawilli采煤法上覆岩层的结构特征，并构建了煤柱力学模型，提出了条带式Wongawilli采煤方法煤柱载荷理论，同时针对其应力分布特征，对条带式Wongawilli采煤方法煤柱应力状态进行分析，给出了合理的条带式Wongawilli采煤采、留宽度。 （4 )综合运用逐步破坏理论及突变理论对条带式Wongawilli采煤法煤柱失稳机理进行了分析，建立了其煤柱破坏失稳的尖点突变模型及煤柱失稳的判别式。根据相似模拟及工程现场数据，得出了条带式Wongawilli采煤刀间煤柱、不规则煤柱、条带煤柱等失稳机理，并发现单一煤柱失稳引发相邻煤柱失稳产生“多米诺骨牌” 效应，会造成整个煤柱系统失稳及回采区域大面积沉陷。 （5 )依据条带式Wongawilli采煤法上覆岩层的结构、应力分布特征及煤柱失稳机理等，提出了以巷道布置、合理采留尺寸、提高煤柱强度、加强顶板管理及加快工作面推进速度为主的煤柱稳定控制技术体系，实现了带式Wongawilli采煤法安全高效开采。

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