1绪论
1.1课题来源及背景
目前，煤炭占我国国内消费有很大比列，其占一次能源生产的76.6%和占消费结构的68.6%[1]，因此，在国民经济中占据重要的战略地位，这是中国国情。据统计，我国己探明的含煤面积约为55000km2,探明总储量在9000亿t以上，居世界前列。虽然中国的煤炭生产量是相当大的，但在一些难釆煤层的开采，回釆率低，效率低，安全事故经常发生。各种因素引起的岩爆、煤与瓦斯突出、矿井突水等重大煤矿事故，最重要的和最根本的因素是：对工作面矿压认识不清，开采后不能准确了解压力分布规律，使支护设计和安全决策必然会存在很大误差，所以事故是不可避免的。所谓难采煤层[2，3]，目前基本上可分为两种类型：一是实现工作面的正常、安全、髙效生产在现有的开釆技术条件下仍有一定困难，实现煤层的顺利开采需采取特殊的技术、安全措施；二是因为工作面煤层地质结构复杂，以完成机械化幵采，而“三软”煤层[3]属第二类难采煤层。在我国，厚煤层的储量与产量大约占全部煤层储量的44%与原煤产量的45%[4，5],厚煤层也是国家的主釆煤层，分布广泛[6]，因此，厚煤层的发展有赖于煤炭行业的技术特点和经济效益。在我国，厚煤层开采方式主要有三种[7]，即分层开采、放顶煤开采和大釆高开釆，然而这三种开釆方式并没有低级和高级之分，而是针对不同条件而釆取的不同方法。然而分层开釆在极近距离“三软”厚煤层.这种地质条件下来开釆煤炭所引起矿压显现并没有系统的研究,还需要作进一步的分析和研究。
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1.2课题研究意义和目的
长期以来[8],采矿界主要研究了近距离煤层开釆和单一煤层开采过程中的矿压显现规律并取得不小的成绩，但是对极近距离“三软”厚煤层分层开釆条件下的矿压显现规律以及围岩控制技术的研究相对较少，远不及对单一煤层开采和近距离煤层开采研究的那么成熟。实践表明，极近距离煤层开釆中，上部煤层己经全部采完变成采空区，这是对下部煤层进行开采时，工作面的顶板容易冒、漏[9]，造成漏风、发火等事故，矿山压力显现非常明显[I2],传递压力规律比较特殊[13],围岩移动量大[14]，巷道支护比较困难[15]。基于上述叙述的各种现状，本论文在广泛收集资料及大量调研的基础上，以谢一矿5111Bllb综采工作面作为为研究对象，运用理论分析、相似模拟实验、数值模拟计算并结合现场实践对极近距离“三软”厚煤层分层连续开采下综采工作面矿压规律进行系统研究，主要研究极近距离厚煤层在上部煤层采完以后，下部煤层开采中出现的覆岩破坏模式和变形规律，在二次扰动情况下，工作面倾向方向上的支承压力分布规律和采场围岩应力及位移分布规律。
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2极近距离煤层及覆岩移动规律研究
2.1极近距离煤层定义、判据及顶板分类
近煤层顶板结构对矿区相互作用主要包括邻近煤层和应力环境的变化。而“极近距离煤层”仅是一些矿区对煤层之间距离很小的习惯性叫法，并没有确定的标准。煤层群下行开采实践表明，下部煤层顶板亦即上部煤层的底板在层间距小到一定程度的前提下，上部煤层采动会直接影响到它的完整度。因此，将两个煤层工作面距离很近并且在开采时之间有明显相互影响的煤层叫做极近距离煤层。
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2.2岩层控制中的关键层理论
我们以覆岩中的第1层为例建立载荷的计算方法。设直接顶上面有m层岩层，弹性模量为五,，在多煤层开采过程中，因为两层煤之间的距离不同，使得它们在开采过程中相互之间都受影响的程度就各不相同。随着两层煤之间的距离不断的减小，它们之间的开采相互影响程度就在逐渐的增大，尤其当两层煤之间的距离非常近时，在开采下部煤层时，由于上部煤层在开采过程中，其底板的完整度已经遭到破坏，从而使得下部煤层的顶板也同样遭到破坏，那么下部煤层开采时，必然会比上部煤层开釆时出现许多新的矿山压力现象，但是现有的近距离煤层开采和单一煤层;开采过程中工作面围岩控制理论以及总结的经验却不能很好地解释这种矿压现象，这就使得在极近距离“三软”厚煤层分层开采这种复杂条件下开釆的过程中，还存在着许多新的技术难题。由于极近距离“三软”厚煤层分层开采条件下矿压特征、顶底板移动及覆岩破坏规律的特殊性和目前我们对上述问题认识的局限性，极近距离“三软”厚煤层分层开采所引起的矿压显现规律还需进一步分析与研究。上部煤层开挖全部结束后，研究底区工作面围岩运动规律，釆动引起的支承压力分布，胶结假顶冒落和培塌过程，上部釆空区冒落奸石的运动规律，下部煤层综釆工作面及两巷矿压与围岩结构分析，从相似模拟角度提出工作面顶板管理措施。 “三软”厚煤层下行开采过程中上覆岩层应力场、位移场、顶底板塑性区变形破坏特征；利用FLAC3d数值模拟软件来建立三维数值模型，研究极近距离“三软”厚煤层分层连续开采过程中采场围岩应力分布规律和位移分布规律，研究采场推进过程中顶底板塑性区域分布特征。
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3相似模拟研究极近距离煤层开采矿压显现特征.......... 22
3.1 5111B1 lb工作面上部煤层开采矿压特征.......... 22
3.2 5111Bllb工作面下部煤层开采矿压特征.......... 36
3.3本章小结.......... 41
4采场矿压特征数值模拟实验研究.......... 43
4.1 FLAC3d的求解方法.......... 43
4.2数值模拟计算模型的建立.......... 43
4.3 511 IB 1 lb工作面矿压显现特征.......... 45
4.4本章小结.......... 53
5 5111Bllb工作面现场矿压观测与分析.......... 55
5.1工程概况..........55
5.2支架载荷观测方法.......... 56
5.3工作面支架载荷分析.......... 56
5.4 5111Bllb工作面来压规律分析..........58
5.5液压支架工作阻力分析.......... 62
5.6 5111Bllb工作面回采巷道实测矿压显现分析.......... 66
5.7本章小结.......... 72
5 SlllBllb工作面现场矿压观测与分析
5.1工程概况
51UBllb综米工作面标高-660?-720m，走向长851米，倾斜长182米，对应下覆的B10煤层5111B10、5121B10己回采结束。煤层赋存较稳定，Bllb煤层厚度为3.0ni?5.6m (煤厚变化大，南段煤厚较小，北段煤厚较大），最大的煤层厚度为5.6m，最小煤层厚度为3.0m，平均厚度为4.3m。5111Bllb回采工作面的平面图以及剖面图如下所示：支架-围岩关系的好坏直接决定了工作面顶板管理的成败，支架-围岩的关系是工作面顶板控制的关键。工作面液压支架提供的工作阻力作为可人为操控的因素，所以综采人员必须要加以重视。由5111Bllb工作面的支架载荷强度分析得出工作面顶板周期来压规律，加之现场观测统计工作面的煤壁片帮和工作面两巷的巷道变形位移情况，经过理论分析，由此来对支架的支护性能进行评价。根据矿压观测数据，结合工作面顶板岩性特点，老顶跨落呈缓慢垮落趋势，并且局部老顶跨落不充分。
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结论
本论文在广泛收集资料及大量调研的基础上，以谢一矿5111Bllb工作面为研究对象，运用理论分析、相似模拟、数值模拟并结合现场实践对极近距离“三软”厚煤层分层连续开采下综采工作面矿压规律进行系统研究，研究成果对类似条件的工作面围岩控制、顶板管理、支架选型等技术具有较好的指导作用。通过综合研究，得到如下主要结论：
(1)通过理论分析得出极近距离煤层的判据，利用其判据把极近距离煤层顶板划成3类：夹石假顶、碎裂顶板、块裂顶板；同时也计算出5111Bllb工作面直接顶初次垮落步距约为11.52m,基本顶初次垮落步距约为46.31m,基本顶周期垮落步距约为32.76m;得出了合理支架阻力，其工作阻力为9827kN,是5111Bllb工作面支架额定工作阻力的1.15倍，因此建议5111Bllb工作面应当选用额定工作阻力更大的支架。
(2)上部煤层回采完毕后，冒落带的髙度约为16.8m，裂隙带的高度约为49.7m,分别为釆高的4.8倍和14.2倍；工作面初次来压步距为44m,与理论值46.31m相差不超过5%;周期来压步距为8m?20m，平均为12.4m，并且采场周期来压变化呈非均匀性，产生了大小周期来压，大周期来压步距为16m?20m，平均为17.3m，小周期来压步距为8m?12m,平均为10.3m，。下部煤层回采过程中，并没有明显的周期现象，随采随冒，与开釆上部煤层相比，开采下部煤层时，底板同一层位应力峰值点距釆面距离较小，3m深处底板岩体应力峰值大于开采上部煤层，10.6m、17.1m深处应力峰值相对较小。
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参考文献（略）