浅埋煤层房式采空区下长壁工作面矿压显现与微震监测预报

摘要

神东矿区在初期开采过程中，广泛采用了房式或刀柱式开采方法，形成了大面积的煤房采空区与集中煤柱区，当下煤层以长壁式开采时，采动应力重新分布。增加的弹性应变能以应力集中的形式贮存在上层煤柱中，诱发煤柱破坏失稳，导致下煤层的综采工作面在推出上层煤柱时出现异常来压现象，严重影响了矿井的安全高效生产。
　　本论文针对石圪台煤矿的地质与生产条件，综合采用了微震数据现场采集和数值模拟实验相结合的方法，对浅埋煤层采空区下煤层开采时综采工作面矿压规律以及微震监测预报动载矿压的方法进行了研究，主要研究成果如下：
　　（1）房柱采空区下31201综采工作面初次来压步距为48.6米，周期来压步距为12.7m；过集中煤柱前周期来压步距呈现两端小、中间大的特征；过集中煤柱后周期来压步距受到工作面下部上方集中煤柱的影响，呈现上部大、中下部小的特征。工作面推进过上覆采空区每个区域的来压强度关系为：过集中煤柱后一次大面积来压强度>2-2煤房柱式采空区回收率较低区域来压强度>过柳根沟上坡段来压强度>过集中煤柱前后平时区域来压强度。
　　（2）上煤层采煤结束后，其残余集中煤柱承受了上部岩体荷载，最大集中应力达到40MPa，并将应力向底板传递，在下方3-1煤层中产生的垂直应力呈中间高、四周低的“山峰形”，在31201工作面回采中，该处将显现出强烈的矿压现象。
　　（3）微震事件的能量释放周期一般超前于支架压力峰值8~12h，并与工作面周期来压步距呈对应关系；当微震事件数量、能量和连续递增2~3d时或发生突变时，工作面将在8~12个小时后来压。微震事件的发展高度分为两个区域：3-1煤上方37m~67m的2-2煤低位顶板岩层和67m~97m的2-2煤高位顶板岩层，且高位事件周期内包含若干个低位事件周期，与岩层破断规律一致，体现了“双顶板”结构的特点。

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1 绪论

1.1 问题的提出与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容和研究技术路线

2 浅埋煤层房式采空区下长壁工作面矿压显现规律实测研究

2.1 石圪台煤矿生产条件概述

2.2 工作面矿压实测技术选用

2.3 工作面矿压监测结果分析

2.4地面钻孔多点位移观测结果分析

2.5 钻孔应力计超前支承压力监测结果分析

2.6 本章小结

3 浅埋煤层房式采空区下长壁工作面矿压显现规律数值模拟研究

3.1 覆岩运动规律数值模拟

3.2 数值模型建立

3.3 房式采空区煤柱应力分布规律分析

3.4 房式采空区下长壁工作面中部矿压规律分析

3.5 房式采空区下方长壁工作面顺槽矿压规律分析

3.6 房式采空区下方长壁工作面岩体能量分布规律分析

3.7 本章小结

4 房式采空区下长壁工作面微震监测方法与微震规律研究

4.1 微震监测技术与监测系统

4.2 微震监测系统的布置方案

4.3 浅埋房式采空区下长壁工作面顶板来压的微震规律分析

4.4 浅埋房式采空区下采场覆岩结构运动特征的微震规律分析

4.5 本章小结

5 基于微震预警动载矿压的工程实践与矿压控制

5.1 工作面动载矿压预测预报

5.2 动载控制技术方案

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录