综放开采煤与瓦斯突出的层厚效应

,综放开采煤与瓦斯突出的层厚效应,汇报的主要内容,项目简介研究进展主要研究成果继续研究方向,项目简介,1项目背景及存在的问题,厚煤层储量比例图,厚煤层产量比例图,44,45,项目简介,放顶煤开采是中国厚煤层开采主要方法，已有20多年的历史，是实现矿井高产高效和集约化生产的主要途径之一,1项目背景及存在的问题,在国有重点煤矿的200多个煤与瓦斯突出矿井中，其中相当一部分是厚煤层矿井,项目简介,煤矿安全规程第一百八十三条规定,“突出煤层中的突出危险区、突出威胁区，严禁采用放顶煤采煤法”，这极大程度上限制了放顶煤开采的应用范围和最大效益的发挥。,1项目背景及存在的问题,项目简介,近些年来，在具有煤与瓦斯突出危险的厚煤层矿井中，部分技术创新意识和能力较强的企业，已成功开展了在突出煤层中安全实施综放开采的试验研究。,1项目背景及存在的问题,煤与瓦斯突出煤层，综放开采采厚影响的基础理论研究需要进一步加强。,项目简介,传递岩梁理论,随综放开采一次开采厚度的增加，是否更容易发生煤与瓦斯突出?,砌体梁理论,关键层理论,支架围岩共同作用体系理论,矿压研究领域,突出研究领域,单因素假说,综合因素假说,流变假说,能量假说,球壳失稳假说，等等,在煤与瓦斯突出煤层进行综采放顶煤，缺乏安全开采的足够的基础理论依据,2研究现状,项目简介,3存在的问题,随采厚的变化宏观应力场及其作用下形成的围岩支承压力分布、损伤范围和裂隙分布规律如何演化发展？,综放开采围岩支承压力、煤岩体损伤及裂隙分布对煤与瓦斯突出的影响机理及相互间的作用关系尚不清楚,煤与瓦斯突出随采厚的变化规律还不明确,项目简介,4本项目的研究基础和研究方向,综放采场围岩中存在由高应力束组成的宏观应力壳，应力壳中的主应力大于壳体内外岩体的应力，宏观应力壳是综放采场的最主要承载力系,走向应力壳,倾向应力壳,项目简介,本项目结合两淮矿区综放开采条件，进一步系统深入开展采厚对综放开采煤与瓦斯突出影响规律的层厚效应研究,双向应力壳,研究进展,1、研究了宏观应力壳随采厚变化的演化发展规律及综放开采宏观应力壳作用下形成的围岩支承压力分布、煤岩体损伤范围及裂隙分布规律；研究获得了宏观应力壳随采厚变化的演化发展规律；研究获得了宏观应力壳作用下的围岩支承压力分布、煤岩体损伤和裂隙分布规律。,研究进展,煤层厚度5.4m走向应力壳分布,煤层厚度12m走向应力壳分布,煤层厚度8m走向应力壳分布,煤层厚度3m走向应力壳分布,煤层厚度2m走向应力壳分布,1.1宏观应力壳的采厚变化规律的数值模拟研究,走向应力壳高度和采厚关系曲线,研究进展,倾向应力壳的采厚变化规律的数值模拟研究,煤层厚度2m倾向应力壳分布,煤层厚度3m倾向应力壳分布,煤层厚度5.4m倾向应力壳分布,煤层厚度8m倾向应力壳分布,煤层厚度12m倾向应力壳分布,研究进展,采场宏观应力壳的高度随一次采厚增加而增大，当采厚增加到一定时，壳的高度增大的幅度减缓。,1.2采厚变化规律的相似材料实验研究,煤厚3m上覆岩层活动变形图,煤厚5.4m上覆岩层活动变形图,煤厚8m上覆岩层活动变形图,两带高度与开采厚度的关系曲线图,研究进展,1.3现场实测研究,3m煤层采场围岩应力变化,5.4m煤层采场围岩应力变化,8m煤层采场围岩应力变化,随着开采厚度的增大，应力壳影响的范围逐渐加大，当开采厚度增大到一定值时，应力壳的高度逐渐趋于稳定，影响强度趋缓。,现场实测采场围岩应力变化,研究进展,支承压力分布曲线,支承压力峰值大小与一次开采厚度成反比，而峰值位置距煤壁的距离与一次开采厚度成正比，即随一次开采厚度的增加，支承压力的峰值强度降低，峰值位置距煤壁距离越远,倾向支承压力分布,工作面煤壁走向支承压力分布,1.4理论分析研究,研究进展,煤层内支承压力峰值位置与煤层厚度关系曲线,煤层内支承压力峰值大小与煤层厚度关系曲线,研究进展,长壁工作面前方、后方、周边和临近巷道的矿压显现是受控于“应力壳”的存在和由其变化带来的影响,煤层内（12m厚）应力三维视图,煤层内（8m厚）应力三维视图,煤层内（5.4m厚）应力三维视图,煤层内（2m厚）应力三维视图,煤层内（3m厚）应力三维视图,一次开采厚度的增加，采场支承压力峰值减小，影响范围增加。,研究进展,随一次开采厚度的增加，煤层的破坏范围增大，工作面走向和倾向围岩的破坏区和裂隙分布范围也逐渐增大,煤层厚度2m煤层内破坏场,煤层厚度3m煤层内破坏场,煤层厚度5.4m煤层内破坏场,煤层厚度8m煤层内破坏场,煤层厚度12m煤层内破坏场,研究进展,2、研究获得了综放开采采厚对煤与瓦斯突出的影响机理及相互间的作用关系,随采厚增加，由于支承压力峰值减小且峰值距煤壁越远，一方面导致煤体内积聚的弹性能减少，造成突出和冲击的能量减少；另一方面，卸压区范围增大，抵抗煤与瓦斯突出的能力增大，缓解剧烈力学作用的能力增强，故造成突出的可能性降低。随采厚增加，煤与瓦斯突出的动力灾害有所减缓。,研究进展,采场围岩中存在着由“高应力束”组成的“宏观应力壳”，“应力壳”是采场最主要承载力系,长壁工作面前方、后方、周边和临近巷道的矿压显现受控于“应力壳”的存在和由其变化带来的影响,一次开采厚度的变化对“宏观应力壳”的形成机制、“应力壳”形态及其力学参数有显著影响,合理调整开采厚度等采场结构参数可改善采场围岩应力壳的动态平衡，对保护采场、减小矿山压力和显现有积极作用,主要研究成果,1人才培养,已培养博士生2名,已培养硕士生2名,2获奖情况,在读博士生3名,在读硕士生4名,获得教育部科技进步奖二等奖一项,主要研究成果,3项目应用情况,本项目的部分研究成果在淮南、淮北、皖北、大屯、新集、徐州等矿业集团的多个综放面得到了推广应用，实现高瓦斯厚煤层综放安全高效开采，取得良好经济效益，社会效益显著，具有重要的理论指导价值。,主要研究成果,4论文发表情况1、谢广祥，王磊，工作面支承压力采厚效应解析.煤炭学报，2008，33（4）：361363（EI检索）2、XIEGuang-xiang，WANGLei.InfluenceofMiningThicknesstotheMechanicalCharacteristicsofGatewaysatFMTCFaces.JournalofCoalscience&Engineering，2008，13（1）：123125（EI检索）,（共发表论文12篇已检索9篇）,主要研究成果,3、谢广祥，杨科，常聚才.非对称综放开采煤层三维应力分布特征及其层厚效应研究.岩石力学与工程学报，2007，26（4）：775779(EI检索)4、谢广祥，杨科，常聚才王磊.综放采场围岩支承压力分布及动力灾害的层厚效应.煤炭学报，2006，31（6）：731735(EI检索),主要研究成果,5、XIEGuang-xiang，CHANGJu-cai，YANGKe.InvestigationonTheStressFieldcharacteristicsoftopcoalatFMTCFaceundertheinfluenceofcavingthickness.JournalofCoalscience&Engineering，2007，13（2）：123125(EI检索)6、XIEGuang-xiang，CHANGJu-cai，YANGKe.InvestigationonDisplacementFieldCharacteristicsofTunnelsSurroundingRockandCoalSeamatFMTCFace.JournalofCoalscience&Engineering，2006，12（2）：15(EI检索),主要研究成果,7、谢广祥，常聚才，华心祝.开采速度对综放面围岩力学特征影响研究.岩土工程学报，2007，29（7）：963967(EI检索)8、谢广祥，杨科，常聚才.煤柱宽度对综放回采巷道围岩破坏场影响分析.辽宁工程技术大学学报，2007，26（2）：173176(EI检索),主要研究成果,9、谢广祥，杨科，常聚才.煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响.北京科技大学学报，2006，28（11）：10051008(EI检索),主要研究成果,10、谢广祥.极复杂条件倾斜长壁大采高综采技术.煤炭科学技术，2007，35（3）：71011杨科，谢广祥.采动裂隙分布及其演化特征的采厚效应.煤炭学报，2008，33（10）:1092-109612杨科，谢广祥.窄煤柱综放巷道围岩应力场特征研究J.采矿与安全工程学报，2007.9，24（3）,