厚松散含水层薄基岩煤层开采载荷传递及水-岩耦合致灾机理研究

With disturbance stress and water stress coupling, the fully-mechanized face under thick unconsolidated confined aquifer and thin bedrock may lead pressing frame and the effluent accident, the same conditions about pressing frame accident are the existing of thick unconsolidated confined aquifer on the top face of the thin bedrock. Though we have done so much study on this issue, but we have not completely resolved the pressing frame accident and the effluent problems, the safe mining problem increasingly prominent. The item aims at taking methods like experimenting, theoretical analysis and so on, to study the key scientific problems of load transfer when mining under unconsolidated confined aquifer and thin bedrock and the pressing frame accident: ① the unconsolidated confined aquifer and thin bedrock coal seam seepage characteristics and overlying rock failure evolution under the mining influence; ② the mechanism of key layer composite rupture under the load transfer mechanism of unconsolidated confined aquifer; ③making further study on the thick unconsolidated confined aquifer flow and supply and load transfer to the dynamic process support in workings.It intends to reveal the load transfer of thick unconsolidated confined aquifer and water-stress coupling mechanism of disaster,establish a mechanical model of supporting,and provide strategies of preventing support crushing. The result of this item will provide the fundamental data and theoretical support on optimization of mining method under the thick aqueous soil and thin bedded rock layer.

受采动应力和水-岩耦合作用，厚松散含水层下薄基岩煤层综采工作面易发生出水压架致灾事故，压架致灾的共同条件是工作面基岩厚度较薄、基岩顶界面存在厚松散含水层。虽然目前国内对此类问题进行了许多开拓性的研究，但对压架致灾机理的认识还不够深入，尚未从根本上解决压架致灾难题，安全开采问题日益突出。课题拟采用实验、理论分析等研究方法研究厚松散含水层薄基岩煤层水岩耦合作用下载荷传递机理及压架致灾的关键科学问题：（1）厚松散含水层与薄基岩水-岩耦合载荷传递机理，（2）采动条件下水岩耦合覆岩破坏与演化规律，（3）含水层薄基岩煤层开采液压支架与围岩作用关系。课题拟揭示厚松散含水层薄基岩水-岩耦合作用下载荷传递及压架致灾机理、建立松散含水层薄基岩煤层采场液压支架受力数力学模型，提出厚松散含水层薄基岩煤层开采压架防治对策，实现厚松散含水层下薄基岩煤层安全开采，研究成果可为类似条件下的煤层安全开采提供理论和技术支持。

厚松散含水层下薄基岩煤层综采工作面易发生出水压架致灾事故，压架致灾的共同条件是工作面基岩厚度较薄、基岩顶界面存在厚松散含水层。由于国内对此类问题进行了许多开拓性的研究，但对压架致灾机理的认识还不够深入，尚未从根本上解决压架致灾难题，安全开采问题日益突出。课题采用l了实验、理论分析等研究方法研究厚松散含水层薄基岩煤层水岩耦合作用下载荷传递机理及压架致灾的关键科学问题，揭示了厚松散承压含水层薄基岩煤层开采载荷传递机理，揭了示松散承压含水层下薄基岩煤层开采覆岩破断机制，揭示薄基岩采场支架与围岩相互作用关系，提出了薄基岩采场液压支架选型方法。针对松散含水层水-岩耦合作用下薄基岩煤层安全开采过程中，松散含水层水-岩耦合载荷传递机理、覆岩破断运移演化规律、薄基岩采场出水压架机理、薄基岩采场支架-围岩关系等方面开展了相应研究；建立不同岩层组合条件下的相似材料物理模拟模型，模拟对比分析不同岩层组合条件下松散含水层水-岩耦合作用；基于上述的薄基岩体力学特性测试结果及试制的流-固耦合模拟实验系统，建立松散含水层下薄基岩煤层开采的相似材料物理模型；根据薄基岩采场覆岩破坏时空演化规律，研究薄基岩煤层采场顶板支架-围岩作用关系，建立薄基岩采场支架受力的数学力学模型，为薄基岩采场支架选型提供理论依据；根据采场覆岩破坏的时空演化规律及关键层复合破断特征，提出薄基岩采场压架出水防治对策；综合以上研究成果，和淮南矿业集团联合开展薄基岩煤层工作面开采试验研究，并指导了现场工业化试验，获得的预期的成果。