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论文以鲁西煤矿为工程地质原型,通过力学试验、数值模拟、现场监测和理论分析等方法,对顶底板力学性质、分层开采时导水裂缝发育、工作面巷道松动圈及工作面顶板运动规律等进行了研究。 采用MTS815.03电液伺服岩石试验系统对工作面的顶底板及煤层的力学性质进行了测试,表明顶底板岩层的力学性质表现出明显的多分层特征。3下107工作面上覆岩层整体强度较低,刚度较小,完整性较差,属于中等偏软岩层。 现场采用DYTJ20型岩层探测记录仪探测3下109工作面顺槽围岩松动圈,轨道顺槽巷道距离工作面80m处的松动范围为1.32~2.07m,属于大松动圈,围岩属于V类,是不稳定围岩;皮带顺槽巷道距离工作面80m处的松动范围为2.85~3.45m,所以属于大松动圈,围岩属于Ⅵ类,是极不稳定围岩,其中5m护巷煤柱全部进入塑性区。 分别对工作面支架受力载荷、锚杆工作阻力、钻孔应力、单体液压支柱受力、巷道表面位移状况监测。3下109工作面直接顶下分层初次垮落步距为15.6m,直接顶上分层的初垮步距为26.1m;工作面老顶初次来压步距为32m,周期来压步距平均为11.6m。根据实际观测结果,轨道顺槽和皮带顺槽的超前压力主要影响范围最大分别为26.4m、33.13m。在3下109工作面随工作面推进过程中,各支架的工作压力达到额定工作阻力86.4%。锚杆和锚索的受力监测表明,玻璃钢锚杆、螺纹钢锚杆及锚索的预紧力明显偏低。 利用FLAC数值模拟对107工作面上下分层的上覆岩层的导水裂缝带发育高度做了分析,并与经验公式计算的结果进行了对比。实测上分层3上107开采后的导水裂缝带的高度是30.4m,下分层3下107开采完成后是41.51m,下分层开采后高度增加较少。上部3上107工作面开采两年半以后的导水裂缝带发育高度为30.4m。并且随着工作面停采时间的增大,采动裂隙尤其是上部的微小裂隙会部分闭合,导致导水裂缝带发育高度有所降低。 最后,根据研究结论对鲁西煤矿极近距离煤层开采时的安全技术措施给出相应建议,对类似矿井安全生产具有一定指导意义。