本文關(guān)鍵詞：寶欣煤礦近距離薄煤層聯(lián)合開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究

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【摘要】：論文以蘭花寶欣煤業(yè)近距離薄煤層開采為工程背景,通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等研究手段,對(duì)近距離薄煤層聯(lián)合開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行了分析,論文研究并建立了薄煤層工作面聯(lián)合開采的頂板壓力分布力學(xué)模型,并預(yù)測(cè)了2101工作面和3101工作面頂板壓力分布規(guī)律;建立了寶欣煤礦2101工作面和3101工作面聯(lián)合開采的數(shù)值模擬分析模型,并提出了近距離薄煤層聯(lián)合開采工作面動(dòng)態(tài)合理錯(cuò)距的概念;通過頂板裂隙窺視儀和工作面在線礦壓監(jiān)測(cè)等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)手段,分析了3101工作面實(shí)際開采過程中的礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律,并且根據(jù)巷道頂板與兩幫不同的支護(hù)原理分別設(shè)計(jì)了不同回采巷道的支護(hù)形式,通過理論研究指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn),并且取得了良好的應(yīng)用效果。論文所做的主要研究工作及所取得的研究結(jié)論包括以下幾個(gè)方面:(1)論文研究并分析了蘭花寶欣煤業(yè)的工程背景,確認(rèn)2號(hào)煤層和3號(hào)煤層具備聯(lián)合開采的基本技術(shù)條件,并建立了上下工作面聯(lián)合開采的走向與傾向頂板巖層力學(xué)分析模型,預(yù)測(cè)了2101工作面和3101工作面頂板壓力分布規(guī)律。(2)論文提出了聯(lián)合開采過程中上下工作面合理錯(cuò)距的計(jì)算方法,研究結(jié)果表明:工作面合理錯(cuò)距一般和煤層厚度、煤體強(qiáng)度、頂?shù)装鍘r層性質(zhì),以及開采強(qiáng)度等多種因素有關(guān);當(dāng)有更多煤層或者厚煤層分層開采時(shí),由于巖層移動(dòng)角的動(dòng)態(tài)變化,上下工作面合理錯(cuò)距也是會(huì)隨之發(fā)生變化的。(3)通過對(duì)近距離薄煤層聯(lián)合開采進(jìn)行數(shù)值模擬研究,研究結(jié)果表明:2號(hào)煤層和3號(hào)煤層聯(lián)合開采導(dǎo)致了采場(chǎng)圍巖明顯的應(yīng)力、位移疊加效應(yīng),盡管彈塑性區(qū)域范圍增加不明顯,但是聯(lián)合開采的礦壓顯現(xiàn)要明顯強(qiáng)于單一厚煤層開采。(4)通過物理相似模擬實(shí)驗(yàn)研究,進(jìn)一步證實(shí)了2號(hào)煤層與3號(hào)煤層聯(lián)合開采與單一厚煤層開采在上覆巖層運(yùn)移規(guī)律上的區(qū)別。聯(lián)合開采所形成的最終頂板巖層垮落形態(tài)如同兩個(gè)梯形垮落采空區(qū)的重疊,但是下一煤層工作面采空區(qū)的巖層垮落角要明顯小于上一煤層工作面采空區(qū)。(5)論文研究過程中,根據(jù)礦井實(shí)際生產(chǎn)條件,確定了近距離薄煤層聯(lián)合開采的兩個(gè)首采工作面的回采工藝、三機(jī)配套及設(shè)備選型;并應(yīng)用頂板裂隙窺視儀探測(cè)了3號(hào)煤層頂板裂隙發(fā)育情況。通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)結(jié)果表明,在3號(hào)煤層3101工作面回采期間,超前支承壓力影響范圍超過40 m,但是由于2號(hào)煤層與3號(hào)煤層之間的巖層十分堅(jiān)硬,超前支承壓力的影響高度并不大,距離工作面40m遠(yuǎn)的位置應(yīng)力影響高度約為4m左右,有利于上下工作面聯(lián)合開采的順利實(shí)施。(6)確定支架壓力觀測(cè)方法,然后根據(jù)液壓支架的大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分析確定3號(hào)煤層3101工作面開采后,頂板的初次來壓步距為21.4m,周期來壓步距為10.4m,與理論分析結(jié)果基本相符,工作面存在來壓不同步、有先有后的特征;工作面支架左柱平均壓力大于右柱,工作面中部壓力略大于兩側(cè);根據(jù)支架液壓信息分布柱狀圖得出支架工作良好最后提出了一些管理和維護(hù)支架的建議。(7)論文通過鉆孔取芯和力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析,掌握了2號(hào)、3號(hào)煤層及頂?shù)装鍘r層的物理力學(xué)性質(zhì),研究結(jié)果表明:2號(hào)、3號(hào)煤層頂板巖層大部分較堅(jiān)硬,但層理普遍發(fā)育,各向異性強(qiáng),垂直層理方向抗壓強(qiáng)度大,綜合分析認(rèn)為,2號(hào)、3號(hào)煤層頂板屬于2~3類,中等穩(wěn)定頂板。(8)論文研究綜合考慮了2號(hào)和3號(hào)煤層的賦存條件、礦井生產(chǎn)能力以及開采強(qiáng)度等因素,確定了2101工作面和3101工作面的巷道布置形式及位置,并提出了適合山西古縣蘭花寶欣煤業(yè)有限公司2號(hào)、3號(hào)煤層巷道特征的錨固支護(hù)原理,確定了錨固支護(hù)方案及參數(shù)。論文的研究結(jié)果對(duì)于蘭花寶欣煤業(yè)的近距離薄煤層聯(lián)合開采具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義,同時(shí)對(duì)于類似條件下的近距離薄煤層開采情況具有重要的借鑒價(jià)值。2015年初,蘭花寶欣煤業(yè)近距離薄煤層聯(lián)合開采的采煤方法經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn),取得了良好的實(shí)施效果,礦井建設(shè)也成功通過了竣工驗(yàn)收。
【關(guān)鍵詞】：近距離薄煤層 聯(lián)合開采 礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 數(shù)值模擬 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD323
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 問題的提出及研究意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與文獻(xiàn)綜述11-18
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于薄煤層開采的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 近距離薄煤層采場(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 同采工作面錯(cuò)距布置理論的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.4 存在的主要問題18
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容18
• 1.4 研究方法與技術(shù)路線18-21
• 第二章 近距離薄煤層聯(lián)合開采的力學(xué)模型分析21-33
• 2.1 論文研究的工程背景21-26
• 2.1.1 礦井基本概況21-22
• 2.1.2 可采煤層與地質(zhì)條件22-25
• 2.1.3 其他開采技術(shù)條件25-26
• 2.2 沿工作面布置方向兩層煤同時(shí)開采的力學(xué)模型26-28
• 2.3 沿工作面走向方向兩層煤同時(shí)開采的力學(xué)模型28-29
• 2.4 近距離煤層聯(lián)合開采工作面的合理錯(cuò)距分析29-32
• 2.4.1 上下工作面合理錯(cuò)距的理論計(jì)算29-31
• 2.4.2 巖層移動(dòng)角的動(dòng)態(tài)取值分析31-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 近距離煤層聯(lián)合開采的數(shù)值模擬分析33-45
• 3.1 不同錯(cuò)距條件下聯(lián)合開采的數(shù)值模擬研究33-39
• 3.1.1 計(jì)算模型的建立33-34
• 3.1.2 數(shù)值模擬分析過程34-35
• 3.1.3 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果分析35-39
• 3.2 不同推進(jìn)速度條件下聯(lián)合開采的數(shù)值模擬分析39-43
• 3.2.1 近距離薄煤層聯(lián)合開采的垂直應(yīng)力分布情況39-41
• 3.2.2 近距離薄煤層聯(lián)合開采的彈塑性區(qū)分布情況41-42
• 3.2.3 近距離薄煤層聯(lián)合開采的垂直位移分布情況42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-45
• 第四章 近距離薄煤層聯(lián)合開采的物理相似模擬研究45-59
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?/span>45-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)過程與階段性結(jié)果分析47-52
• 4.3 實(shí)驗(yàn)后期處理與結(jié)論52-57
• 4.3.1 模型開挖期間的應(yīng)力變化情況52-54
• 4.3.2 模型開挖期間的位移變化情況54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 近距離薄煤層聯(lián)合開采的礦壓實(shí)測(cè)研究59-75
• 5.1 近距離薄煤層聯(lián)合開采情況59-61
• 5.1.1 工作面回采工藝59
• 5.1.2 工作面三機(jī)配套及設(shè)備選型59-60
• 5.1.3 工作面支架選型及頂板管理方式60-61
• 5.2 頂板裂隙鉆孔窺視儀觀測(cè)技術(shù)研究61-65
• 5.2.1 觀測(cè)地點(diǎn)與觀測(cè)方案設(shè)計(jì)62
• 5.2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果分析62-65
• 5.3 工作面支架工作阻力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究65-73
• 5.3.1 液壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)方案65
• 5.3.2 液壓支架工作阻力觀測(cè)結(jié)果分析65-73
• 5.3.3 支架管理和維護(hù)措施73
• 5.4 本章小結(jié)73-75
• 第六章 近距離薄煤層聯(lián)合開采的應(yīng)用效果分析75-99
• 6.1 地質(zhì)力學(xué)分析及圍巖分類75-78
• 6.2 近距離煤層聯(lián)合開采工作面巷道布置方式研究78
• 6.3 近距離煤層聯(lián)合開采工作面巷道支護(hù)形式研究78-96
• 6.3.1 巷道支護(hù)原理及其適用條件79
• 6.3.2 巷道支護(hù)方案及參數(shù)確定79-81
• 6.3.3 3號(hào)煤層運(yùn)輸回風(fēng)巷支護(hù)方案81-84
• 6.3.4 3號(hào)煤層軌道大巷支護(hù)方案84-87
• 6.3.5 3號(hào)煤層切眼巷道支護(hù)方案87-90
• 6.3.6 2號(hào)煤層運(yùn)輸回風(fēng)巷支護(hù)方案90-93
• 6.3.7 2號(hào)煤層軌道大巷支護(hù)方案93-96
• 6.4 近距離薄煤層聯(lián)合開采的實(shí)施效果96-97
• 6.5 本章小結(jié)97-99
• 第七章 結(jié)論與展望99-101
• 7.1 論文主要結(jié)論99
• 7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)99-100
• 7.3 論文存在的問題與展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-107
• 致謝107-109
• 作者簡(jiǎn)介109
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文109

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