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  • ISSN:0253-9993
  • CN: 11-2190/TD

《煤炭学报》

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端帮采场覆岩移动破坏规律及边坡稳定控制方法

作者(Author):

  • 丁鑫品
  • 李凤明
  • 付天光
  • 李磊

作者单位:

  • 煤炭科学研究总院
  • 中煤科工集团北京土地整治与生态修复科技研究院有限公司
  • 煤炭科学技术研究院有限公司
  • 中煤科工能源科技发展有限公司

关键词:

  • 端帮采煤
  • 岩层移动
  • 边坡稳定
  • 支撑煤柱
  • 摘要
  • 论文图表
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  • 引用格式

受工艺和安全因素限制,我国露天煤矿端帮边坡角较缓,正常情况下仅为20°~35°,全国范围内数十亿吨的煤炭资源被端帮边坡压滞,随着内排及复垦工作的完成,这些压滞资源多数将无法回收。随着煤炭资源的日益减少和采矿技术的不断进步,煤炭开采逐渐由易采资源开采向深部资源和复杂难采资源开采过渡,露天矿端帮压煤及残煤回收逐步得到重视。工程实践表明,端帮采煤机开采技术是一种快速灵活、安全高效、经济环保的露天矿端帮压煤开采工艺,该技术的实质是在边坡下部煤层出露位置沿煤层施工一系列垂直于边坡走向的巷硐,开采全程无支护,通过各巷硐之间保留的支撑煤柱来支承上覆岩土体重量,致使“露采”和“巷采”2种开采方式的采动效应相互叠加、相互影响,最终形成了一个动态的空间形态多元化的复合系统,一旦支撑煤柱发生破坏,很可能诱发煤柱群的连锁失稳,从而导致端帮采场的大面积滑坡。因此,端帮采场安全的重要性不言而喻,而支撑煤柱和采场边坡的稳定性问题是保证端帮采场安全的关键。针对以上问题,以鄂尔多斯地区端帮采煤为背景,综合考虑“露采”与“巷采”2种采动效应叠加对边坡稳定的影响,构建了近水平条件下端帮采场岩土体变形破坏的3DEC数值分析模型,模拟研究了端帮压煤开采全过程采场覆岩的变形移动和应力分布规律。研究结果表明,根据岩土体移动变形特征,可以将采动边坡变形破坏过程划分为表生改造、结构改造、时效变形和最终失稳(稳定)4个阶段,结构改造阶段是边坡发生变形破坏的关键阶段,边坡上部区域是端帮采场边坡发生变形失稳的关键区域,可能的失稳模式为散体物料内部的圆弧滑动或沿软弱岩层的顺层滑动。通过研究,揭示了巷道群上覆岩体“扩大压力拱”的形成过程及其演化规律,提出了基于巷间煤柱合理留设的端帮采场覆岩稳定控制方法和永久隔离煤柱尺寸参数的确定方法,结合数值分析与工程实践,对理论公式的适用性进行了验证。

丁鑫品,李凤明,付天光,等.端帮采场覆岩移动破坏规律及边坡稳定控制方法[J].煤炭学报,2021,46(9):2883-2894. DING Xinpin,LI Fengming,FU Tianguang,et al.Overburden movement and failure law of coalface in end slope and the slope stability control method[J].Journal of China Coal Society,2021,46(9):2883-2894.
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