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摘要：复合刀柱式残采区中部整层弃采残煤在我国许多矿区广泛赋存,其储量可观,具有良好的开采价值。近年来,越来越成为广大研究学者和工程技术人员关注的焦点。受上下煤层多重柱式开采的叠加影响,复合残采区中部整层弃煤开采时的矿压显现特征、采场岩层的移动变形、可行性判定和矿压控制技术等与传统的残采区上行开采、保护层卸压开采、解放层卸压开采和近距离煤层群开采等相比均具有较大的差异性和明显的特殊性;资源整合推进以来,许多矿区生产实践中纷纷面临着复合刀柱式残采区中部整层弃煤的开采问题,却缺乏成熟的理论体系与成套的技术方法来科学地指导其安全开采。因此,迫切需要深入、系统地开展复合刀柱式残采区中部整层弃煤开采岩层控制基础理论的研究。本文选取山西焦煤集团公司西山煤电白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部弃采的7号残煤为研究对象,综合运用现场调研、理论分析、相似模拟和数值模拟等研究方法,研究复合刀柱式残采区中部整层弃煤开采采场岩层的应力分布、移动变形和结构方式的时空演化规律,分析复合残采区遗留煤柱(群)的稳定性,探讨复合刀柱式残采区中部整层弃煤开采可行性的判定理论与方法,进而形成指导中部整层弃煤安全高效开采的岩层控制理论。主要研究内容及成果如下:(1)复合刀柱开采对采场岩层应力分布的影响主要表现为:应力分布经历了“原始平衡态——初始波态平衡——新波态平衡”的转换与演化;中部残煤开采过程中采场岩层应力场的时空演化规律为:采场工作面两侧支承压力会逐渐聚集与叠加,而其中部则表现出明显的卸压效应。(2)复合刀柱开采对采场岩层移动变形的影响主要表现为:移动变形经历了“原始静态——‘VVVV’态——新‘VVVV’态”的转换与演化;中部残煤开采过程中采场岩层变形场的时空演化规律为:采场顶板岩层的垂直位移会明显增大,而其底板岩层的垂直位移由于底鼓效应会微弱减小。(3)复合刀柱开采对采场岩层结构形式的影响主要表现为:刀柱开采后,采场岩层结构形式主要由下部煤层残采区直接顶上方起承载作用的“承载层”组成,其力学模型可以简化为等效弹性受压直杆(群)上受均布载荷的矩形平板,可以通过计算弹性受压直杆上矩形平板的强度,分析和判别承载层的稳定性;复合刀柱开采以后,采场岩层的结构形式主要由上位层间岩层中起控制作用的“控制层”组成,其力学模型可以简化为等效弹性受压直杆群(上)四边固支受集中载荷的矩形平板,运用载荷叠加法可以计算四边固支受集中载荷弹性矩形平板挠度,进而分析控制层的稳定性。中部残煤开采过程中采场岩层的结构主体由“上控制层+下承载层”组成,其宏观整体性和连续性基本能够保持。(4)运用极限强度理论的分析结果知,当1.5sf?时,复合残采区遗留煤柱(群)的稳定性良好;运用渐进破坏理论的分析结果知,当复合残采区遗留煤柱(群)中弹性区域的宽度2a满足2a?0.65a或120.65a aa??时,其能够保持长期稳定,反之则不然;运用尖点突变理论的分析结果知,复合残采区遗留煤柱(群)屈服区域的宽度与煤柱宽度的比值大于88.08%时,才会发生突变失稳破坏。(5)基于“上控制层+下承载层”的岩层结构,提出了定量判别复合刀柱式残采区中部整层弃煤开采可行性的技术方法。 还原

关键词：复合残采区; 刀柱开采; 中部残煤; 应力分布; 移动变形; 结构形式; 煤柱(群)稳定性; 可行性;

导师：冯国瑞;