本文選題：近距煤層 + 煤柱集中應力��； 參考：《太原理工大學》2017年碩士論文

【摘要】：煤炭作為工業(yè)的糧食,是經濟發(fā)展的動力。如何保障礦井安全高效生產,是不容忽視的問題。近年來,隨著采礦技術以及設備的進步,尤其是綜采以及放頂煤和大采高等高效采礦技術的應用,采煤強度增加,賦存條件相對較好的煤層資源開采已經接近尾聲。為了提高煤炭產量,增加礦井服務年限,對于開采難度較大的煤層群特別是近距煤層的開采越來越受到采礦界的重視。上榆泉礦9~#和10~#煤層間距為3m~20m,平均間距約為8m,屬于近距煤層,由于層間距小,開采煤層時相互影響較大。目前9~#煤回采已經結束,上覆巖層運動變化以及采礦技術因素將直接影響10~#煤層綜放采場的礦壓顯現(xiàn)。本文以南翼I031001工作面為研究對象,該工作面82#~94#液壓支架位置上方存在9~#煤層遺留的順向煤柱,寬度為20m,將影響工作面的整個開采過程。在理論分析的基礎上,結合數值模擬方法以及現(xiàn)場實測,對近距煤層上煤層煤柱下底板煤巖體的應力分布規(guī)律,下煤層工作面開采來壓期間沖擊礦壓發(fā)生和合理制定防沖消沖措施以及下煤層回采巷道布置和支護形式進行較深入的研究。主要研究結論有:(1)9~#和10~#煤層間距較小,開采9~#煤層形成的上覆巖層穩(wěn)定結構會影響10~#煤層開采時的礦壓顯現(xiàn)。根據近距煤層開采層間頂板穩(wěn)定性的力學判據即層間頂板安全開采厚度,砂巖頂板條件下:在9~#煤層采空區(qū)下,不考慮支架支撐作用,上榆泉礦近距煤層最小安全開采間距即層間頂板厚度應大于3.24m,在考慮工作面液壓支架支撐作用的前提下,層間頂板厚度最小可降到2.59m;在9~#煤層遺留煤柱下,不考慮支架支撐作用,上榆泉礦近距煤層最小安全開采間距即層間頂板厚度應大于40.9m,在考慮工作面液壓支架支撐作用的前提下,層間頂板厚度最小可降到40.7m。所以,在9~#煤層采空區(qū)下,不采取任何特殊措施,9~#和10~#煤層的層間頂板厚度滿足安全開采要求,在9~#煤層煤柱下,由于層間頂板厚度小于最小安全開采間距,需要采取特殊措施保障10~#煤層安全開采。(2)根據SMP準則,預測9~#煤層回采后遺留煤柱的塑性區(qū)范圍為4m,煤柱支承應力分布呈馬鞍形,在煤柱中部存在彈性應力核,煤柱強度滿足護巷要求,屬于穩(wěn)定煤柱。在煤柱下煤巖體的水平方向,深度相同時,距煤柱應力峰值位置越近,應力越大,反之則越來越小;在豎直方向,隨垂距增加,應力不斷減小。在距數值模型底部邊界26m范圍內,9~#煤遺留煤柱下方煤巖體的應力超過原巖應力,煤柱集中應力影響范圍遠遠大于兩煤層8m的平均間距,所以10~#煤層開采受煤柱影響較大。(3)將9~#和10~#煤層的層間頂板視為固支梁和懸臂梁,預測I031001工作面初次來壓與周期來壓步距,理論計算得初次來壓步距為28m,周期來壓步距為12m。分析I031001工作面沖擊礦壓的誘發(fā)因素,得到該工作面回采過程中,引發(fā)沖擊礦壓的因素包括工作面來壓期間頂板的活動以及工作面上方的順向遺留煤柱形成的應力集中在下部工作面積聚的應變能。數值模擬結果表明,工作面回采過程中,煤柱下煤壁前方支承應力影響范圍大于采空區(qū)下方煤壁前方支承應力影響范圍。通過在模擬軟件中定義變量ze為應變能,I031001工作面回采過程中,尤其在來壓期間,煤柱下方工作面的應變能較大,為3×104J/m3。由于煤柱下方的工作面積聚著較大的應變能,極易發(fā)生沖擊礦壓,需要制定具體的防沖消沖措施。(4)10~#煤層工作面的回采順槽適合采用內錯布置方式,水平錯距不小于8m。目前I031001工作面巷道布置已定,巷道布置合理,圍巖穩(wěn)定性好,易于巷道維護。通過現(xiàn)場選取斷面,采用超聲波法實測,回采巷道圍巖的平均松動圈范圍為1.34m�；趹业趵碚撛O計支護參數,頂板錨桿長度不能小于1.65m,錨索長度不能小于7.7m,巷幫錨桿長度不能小于1.4m。在實際生產過程中,巷道頂板選取長度為1.8m的錨桿,長度為8.0m的錨索,巷道兩幫選取長度為1.6m的錨桿,參數選取以及布置方式等符合技術要求,具有足夠的支護強度,巷道圍巖趨于穩(wěn)定。本文系統(tǒng)研究了順向煤柱影響下工作面回采過程中應力分布、沖擊礦壓以及巷道布置和支護問題,可為今后其它類似條件工作面安全開采提供借鑒。
[Abstract]:In recent years , with the application of mining technology and the improvement of equipment , the minimum safe mining distance of coal pillar under coal pillar in the coal seam under the coal pillar in the lower coal seam is more than 3.24 m . In order to improve the coal production and to increase the service life of the coal seam , the minimum safe mining distance between the coal seam and the lower coal seam is more than 40.9 m . In consideration of the supporting role of the hydraulic support of the working face , the minimum thickness of the roof slab can be reduced to 40.7 m . Therefore , under the gob area of 9 ~ # coal seam , no special measures are taken . ( 2 ) According to the SMP criterion , it is predicted that the plastic zone of the left coal pillar of 9 ~ # coal seam is 4m , and the stress distribution of coal pillar is bigger than that of the coal pillar in the lower working area . ( 4 ) In actual production process , the roof bolt length cannot be less than 1.65m , the length of anchor cable cannot be less than 1.65m , and the length of anchor cable can not be less than 1.4m .
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD32

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本文編號：1908789