綜放開采煤與瓦斯突出的層厚效應

2021/7/91匯報的主要內(nèi)容項目簡介研究進展主要研究成果繼續(xù)研究方向2021/7/92項目簡介1項目背景及存在的問題厚煤層儲量比例圖厚煤層產(chǎn)量比例圖44％45％2021/7/93項目簡介放頂煤開采是中國厚煤層開采主要方法，已有20多年的歷史，是實現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效和集約化生產(chǎn)的主要途徑之一1項目背景及存在的問題在國有重點煤礦的200多個煤與瓦斯突出礦井中，其中相當一部分是厚煤層礦井2021/7/94項目簡介《煤礦安全規(guī)程》第一百八十三條規(guī)定“突出煤層中的突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)，嚴禁采用放頂煤采煤法”，這極大程度上限制了放頂煤開采的應用范圍和最大效益的發(fā)揮。1項目背景及存在的問題2021/7/95項目簡介近些年來，在具有煤與瓦斯突出危險的厚煤層礦井中，部分技術創(chuàng)新意識和能力較強的企業(yè)，已成功開展了在突出煤層中安全實施綜放開采的試驗研究。1項目背景及存在的問題煤與瓦斯突出煤層，綜放開采采厚影響的基礎理論研究需要進一步加強。2021/7/96項目簡介傳遞巖梁理論隨綜放開采一次開采厚度的增加，是否更容易發(fā)生煤與瓦斯突出?砌體梁理論關鍵層理論支架圍巖共同作用體系理論礦壓研究領域突出研究領域單因素假說綜合因素假說流變假說能量假說球殼失穩(wěn)假說，等等在煤與瓦斯突出煤層進行綜采放頂煤，缺乏安全開采的足夠的基礎理論依據(jù)2研究現(xiàn)狀2021/7/97項目簡介3存在的問題隨采厚的變化宏觀應力場及其作用下形成的圍巖支承壓力分布、損傷范圍和裂隙分布規(guī)律如何演化發(fā)展？綜放開采圍巖支承壓力、煤巖體損傷及裂隙分布對煤與瓦斯突出的影響機理及相互間的作用關系尚不清楚煤與瓦斯突出隨采厚的變化規(guī)律還不明確2021/7/98項目簡介4本項目的研究基礎和研究方向綜放采場圍巖中存在由高應力束組成的宏觀應力殼，應力殼中的主應力大于殼體內(nèi)外巖體的應力，宏觀應力殼是綜放采場的最主要承載力系走向應力殼傾向應力殼2021/7/99項目簡介本項目結合兩淮礦區(qū)綜放開采條件，進一步系統(tǒng)深入開展采厚對綜放開采煤與瓦斯突出影響規(guī)律的層厚效應研究雙向應力殼2021/7/910研究進展1、研究了宏觀應力殼隨采厚變化的演化發(fā)展規(guī)律及綜放開采宏觀應力殼作用下形成的圍巖支承壓力分布、煤巖體損傷范圍及裂隙分布規(guī)律；研究獲得了宏觀應力殼隨采厚變化的演化發(fā)展規(guī)律；研究獲得了宏觀應力殼作用下的圍巖支承壓力分布、煤巖體損傷和裂隙分布規(guī)律。2021/7/911研究進展煤層厚度5.4m走向應力殼分布煤層厚度12m走向應力殼分布煤層厚度8m走向應力殼分布煤層厚度3m走向應力殼分布煤層厚度2m走向應力殼分布1.1宏觀應力殼的采厚變化規(guī)律的數(shù)值模擬研究

走向應力殼高度和采厚關系曲線2021/7/912研究進展傾向應力殼的采厚變化規(guī)律的數(shù)值模擬研究煤層厚度2m傾向應力殼分布煤層厚度3m傾向應力殼分布煤層厚度5.4m傾向應力殼分布煤層厚度8m傾向應力殼分布煤層厚度12m傾向應力殼分布2021/7/913研究進展采場宏觀應力殼的高度隨一次采厚增加而增大，當采厚增加到一定時，殼的高度增大的幅度減緩。1.2采厚變化規(guī)律的相似材料實驗研究

煤厚3m上覆巖層活動變形圖

煤厚5.4m上覆巖層活動變形圖

煤厚8m上覆巖層活動變形圖

兩帶高度與開采厚度的關系曲線圖

2021/7/914研究進展1.3現(xiàn)場實測研究3m煤層采場圍巖應力變化5.4m煤層采場圍巖應力變化8m煤層采場圍巖應力變化隨著開采厚度的增大，應力殼影響的范圍逐漸加大，當開采厚度增大到一定值時，應力殼的高度逐漸趨于穩(wěn)定，影響強度趨緩?，F(xiàn)場實測采場圍巖應力變化2021/7/915研究進展

支承壓力分布曲線支承壓力峰值大小與一次開采厚度成反比，而峰值位置距煤壁的距離與一次開采厚度成正比，即隨一次開采厚度的增加，支承壓力的峰值強度降低，峰值位置距煤壁距離越遠

傾向支承壓力分布工作面煤壁走向支承壓力分布1.4理論分析研究2021/7/916研究進展煤層內(nèi)支承壓力峰值位置與煤層厚度關系曲線

煤層內(nèi)支承壓力峰值大小與煤層厚度關系曲線

2021/7/917研究進展長壁工作面前方、后方、周邊和臨近巷道的礦壓顯現(xiàn)是受控于“應力殼”的存在和由其變化帶來的影響煤層內(nèi)（12m厚）應力三維視圖煤層內(nèi)（8m厚）應力三維視圖煤層內(nèi)（5.4m厚）應力三維視圖煤層內(nèi)（2m厚）應力三維視圖煤層內(nèi)（3m厚）應力三維視圖一次開采厚度的增加，采場支承壓力峰值減小，影響范圍增加。2021/7/918研究進展隨一次開采厚度的增加，煤層的破壞范圍增大，工作面走向和傾向圍巖的破壞區(qū)和裂隙分布范圍也逐漸增大煤層厚度2m煤層內(nèi)破壞場

煤層厚度3m煤層內(nèi)破壞場

煤層厚度5.4m煤層內(nèi)破壞場

煤層厚度8m煤層內(nèi)破壞場

煤層厚度12m煤層內(nèi)破壞場

2021/7/919研究進展2、研究獲得了綜放開采采厚對煤與瓦斯突出的影響機理及相互間的作用關系隨采厚增加，由于支承壓力峰值減小且峰值距煤壁越遠，一方面導致煤體內(nèi)積聚的彈性能減少，造成突出和沖擊的能量減少；另一方面，卸壓區(qū)范圍增大，抵抗煤與瓦斯突出的能力增大，緩解劇烈力學作用的能力增強，故造成突出的可能性降低。隨采厚增加，煤與瓦斯突出的動力災害有所減緩。2021/7/920研究進展采場圍巖中存在著由“高應力束”組成的“宏觀應力殼”，“應力殼”是采場最主要承載力系長壁工作面前方、后方、周邊和臨近巷道的礦壓顯現(xiàn)受控于“應力殼”的存在和由其變化帶來的影響一次開采厚度的變化對“宏觀應力殼”的形成機制、“應力殼”形態(tài)及其力學參數(shù)有顯著影響合理調(diào)整開采厚度等采場結構參數(shù)可改善采場圍巖應力殼的動態(tài)平衡，對保護采場、減小礦山壓力和顯現(xiàn)有積極作用2021/7/921主要研究成果1人才培養(yǎng)已培養(yǎng)博士生2名已培養(yǎng)碩士生2名2獲獎情況在讀博士生3名在讀碩士生4名獲得教育部科技進步獎二等獎一項2021/7/922主要研究成果3項目應用情況本項目的部分研究成果在淮南、淮北、皖北、大屯、新集、徐州等礦業(yè)集團的多個綜放面得到了推廣應用，實現(xiàn)高瓦斯厚煤層綜放安全高效開采，取得良好經(jīng)濟效益，社會效益顯著，具有重要的理論指導價值。2021/7/923主要研究成果4論文發(fā)表情況1、謝廣祥，王磊，工作面支承壓力采厚效應解析.煤炭學報，2008，33（4）：361～363（EI檢索）2、XIEGuang-xiang，WANGLei.InfluenceofMiningThicknesstotheMechanicalCharacteristicsofGatewaysatFMTCFaces.JournalofCoalscience&Engineering，2008，13（1）：123～125（EI檢索）（共發(fā)表論文12篇已檢索9篇）2021/7/924主要研究成果3、謝廣祥，楊科，常聚才.非對稱綜放開采煤層三維應力分布特征及其層厚效應研究.巖石力學與工程學報，2007，26（4）：775～779

(EI檢索)4、謝廣祥，楊科，常聚才王磊.綜放采場圍巖支承壓力分布及動力災害的層厚效應.煤炭學報，2006，31（6）：731～735(EI檢索)

2021/7/925主要研究成果5、XIEGuang-xiang，CHANGJu-cai，YANGKe.InvestigationonTheStressFieldcharacteristicsoftopcoalatFMTCFaceundertheinfluenceofcavingthickness.JournalofCoalscience&Engineering，2007，13（2）：123～125(EI檢索)6、XIEGuang-xiang，CHANGJu-cai，YANGKe.InvestigationonDisplacementFieldCharacteristicsofTunnel’sSurroundingRockandCoalSeamatFMTCFace.JournalofCoalscience&Engineering，2006，12（2）：1～5(EI檢索)

2021/7/926主要研究成果7、謝廣祥，常聚才，華心祝.開采速度對綜放面圍巖力學特征影響研究.巖土工程學報，2007，29（7）：963～967(EI檢索)

8、謝廣祥，楊科，常聚才.煤柱寬度對綜放回采巷道圍巖破壞場影響分析.遼寧工程技術大學學報，2007，26（2）：173～176

(EI檢索)

2021/7/927主要研究成果9、謝廣祥，楊科，常聚才.煤柱寬度對綜放面圍巖應力分布規(guī)律影響.北京科技大學學報，2006，28（11）：1005～1008

(EI檢索)

2021/7/928主要研究成果10、謝廣祥.極復雜條件傾斜長壁大采高綜采技術.煤炭科學技術，2007，35（3）：7～1011楊科，謝廣祥.采動裂隙分布及其演化特征的采厚效應.煤炭學報，2008，33（10）:1092-109612楊科，謝廣祥.窄煤柱綜放巷道圍巖應力場特征研究[J].采礦與安全工程學報，2007.9，24（3）其他文章2021/7/929主要研究成果5