【摘要】：我國厚煤層儲(chǔ)量及產(chǎn)量在全國煤炭儲(chǔ)量及產(chǎn)量中占比40%~46%,隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展,煤炭開采技術(shù)的成熟,以及裝備制造水平的提高,厚煤層綜放開采的理論與技術(shù)得到了長足的發(fā)展。近年來,隨著綜放開采技術(shù)的不斷進(jìn)步與提高,綜放開采已成為我國煤炭系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的主要途徑之一。我國山西、陜西、內(nèi)蒙古、甘肅等普遍存在厚度超過8m的特厚煤層,在特厚煤層開采中,會(huì)遇到回采巷道變形大、壓架死架等強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象,因此特厚煤層的開采技術(shù)及研究顯得極其重要。陳家溝煤礦八采區(qū)目前主采層為煤5,煤層厚度13.32~54.49m,平均厚度26m,煤層傾角3°~10°,平均6°,屬中硬煤層,采用近水平分層走向長壁綜采低位放頂煤采煤法,分層厚度11.92m。同時(shí),煤層結(jié)構(gòu)賦存表現(xiàn)不同:在煤層結(jié)構(gòu)相對簡單區(qū)域夾矸層一般為2~5層,夾矸總厚0.2~3.25m,總平均厚度0.75m;在煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜區(qū)域夾矸層數(shù)多達(dá)20層,平均10層,夾矸總厚度0.2~4.16m,總平均厚度1.49m;夾矸層以碳質(zhì)泥巖為主,也含有泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等。本文以陳家溝煤礦八采區(qū)首采工作面8512為背景,采用現(xiàn)場實(shí)測、理論分析、數(shù)值模擬等方法對陳家溝煤礦綜放工作面覆巖破斷垮落特征、“兩帶”高度、支架-圍巖關(guān)系、含夾矸煤層支承壓力分布及頂煤冒放性進(jìn)行了研究,主要得到如下結(jié)論:(1)分析了覆巖破斷特征及“兩帶”發(fā)育高度:通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析和3DEC數(shù)值模擬,計(jì)算出工作面覆巖關(guān)鍵層及其破斷步距;通過數(shù)值模擬分析、總結(jié)了隨著工作面的推進(jìn),覆巖的垮落特征及“兩帶”高度發(fā)育演化特征,得出了陳家溝煤礦8512工作面垮落帶高度為42.5m,導(dǎo)水裂隙帶高度為102.5m,且模擬的“兩帶”高度與理論計(jì)算相吻合。(2)建立直接頂組合懸臂梁力學(xué)模型,并結(jié)合基本頂砌體梁結(jié)構(gòu)的受力分析,確定8512工作面合理支架工作阻力為9528kN,結(jié)合礦壓實(shí)測數(shù)據(jù),表明選用額定阻力為10000k N的ZF10000/20/32H型液壓支架是合理的,同時(shí)也驗(yàn)證了力學(xué)模型的合理性。(3)利用FLAC2D數(shù)值模擬軟件分析采場應(yīng)力場、位移場、破壞場以及支架的受力狀況,得出8512工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律;同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)測得到:8512工作面的平均來壓步距為13.3m,平均工作阻力為4789.5kN,動(dòng)載系數(shù)平均1.2。(4)通過分析8512工作面夾矸層的受力,得到其頂煤中夾矸層在均布載荷及線性載荷作用下的極限厚度公式、極限懸臂長度公式,進(jìn)而得到頂煤中碳質(zhì)泥巖夾矸層破斷及頂煤冒放性特征;利用3DEC數(shù)值模擬軟件得到夾矸層層位對頂煤冒放性影響特征,主要表現(xiàn)為下位夾矸對頂煤冒放性影響較小,而中位夾矸易形成類拱結(jié)構(gòu),對頂煤冒放性影響最大。(5)針對含夾矸特厚煤層冒放性差的問題,提出了爆破法弱化頂煤的措施,沿工作面傾斜方向布置炮孔,爆破參數(shù)為:①封孔泥長度不小1.0m;②炮眼深度6m;③每孔裝藥量3.7kg。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD323

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本文編號：2537236