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厚硬岩层下顶煤冒放性分析 张东升，缪协兴，马立强 （中国矿业大学，江苏徐州 221008 ） dszhang 123@263.net 摘 要：顶煤的运移与垮落，尤其是内部微观裂隙的扩展，与其直接顶和老顶岩层的活动规律 密切相关。针对某一厚硬岩层既是上层煤的底板，又直接是下层煤顶板的实际情况，采用数 值计算与物理模拟相结合的研究方法，分析清楚了厚硬岩层的破断特征。在此基础上，提出 了9 种上层煤与下层煤不同开采方案，系统分析了下层煤顶煤压缩量的变化，并确定出上层 煤与下层煤工作面交错的合理布置方式，为下层煤推广综放开采工艺提供了设计指导。 关键词：厚硬岩层；冒放性；压缩量；交错布置 1. 引 言 以徐州矿区为代表的我国华东矿区赋存有大量的“两硬”煤层，煤层硬度较大 （f 2）、 顶板坚硬且厚度也较大 （20m 左右）。此类煤层综放开采技术的应用成功，需解决两个关键 问题：一是硬顶煤的冒放性；二是厚硬顶板的控制[1，2] 。本文主要针对第一个问题分析了厚 硬岩层的破断特征及合理的综放开采方案。 厚硬岩层工程性质的总的特征是 “硬”、“整”、“厚”。所谓 “硬”是指岩层的强度 高，强度一般都在60MPa~ 150MPa ；所谓“整”是指岩层的裂隙不发育，整体性强；所谓“厚” 是指岩层的厚度大，通常大于10m[3] 。以徐州张双楼煤矿为代表的华东矿区厚硬顶板在垮落 形态和来压规律上，与大同矿区的不同。本文将以张双楼煤矿的煤层赋存条件为基础，重点 阐述厚硬岩层的破断对顶煤裂隙扩展的影响及厚硬岩层上煤层的开采对下煤层顶煤压缩量 的影响等问题，为厚硬岩层下综放开采技术的成功应用，提供设计指导。 2. 工作面基础条件 # # # # 张双楼煤矿主采 7 煤层和 9 煤层。9 煤层的直接顶板是 7 煤层的直接底，为灰色细砂 岩，厚度0.95~46.94m，平均20.05m ；其抗压强度58.80~151.70MPa ，平均84.08Mpa ；抗拉 强度2. 17~6.23MPa ，平均4.96MPa 。9109 工作面标高-575~-67 1m ，埋藏深度约600m；9#煤 层总厚2. 1~4.5 m，平均3.6 m；直接底为3.0m 的泥岩，老底为8.56m 灰白色细砂岩；煤层 倾角16°~28 °，平均24 °；煤的容重为1.37t/m3 ，煤硬度较大，f =2~2.5 。该工作面煤岩层 综合柱状如图 1 所示。过去该矿一直采用大采高综采工艺，但由于 9#煤顶板厚而硬、倾角 大出现支架歪倒等因素的影响，工作面单产较低。为此尝试在厚硬顶板条件下采用综放工艺。 本课题得到国家自然科学基金资助项目 ；国家杰出青年科学基金资助项目）；教育部 科学技术研究重点项目(105024) - 1 - 3. 厚硬顶板破断特征 # 9 煤顶煤的运移与垮落，尤其是内部微观裂隙的扩展，与其直接顶厚硬岩层的活动规律 # [4~7] 密切相关。分析9 煤的冒放性，应基于这种厚硬顶板的破断特征 。为此，进行了实验室 相似材料模拟试验。 层厚/m 岩石名称 柱状 岩性描述 2.74 细砂岩 深灰色块状，下部含砂较多， 致密，性脆 深灰色，成分以石英、长石为主， 3.10 砂质泥岩