【摘要】：采煤工作面綜采過(guò)后上隅角頂板垮落問(wèn)題是影響井下安全生產(chǎn)的重要問(wèn)題。由于我國(guó)煤層開(kāi)采深度逐漸增加,煤層地應(yīng)力逐漸增大,在高強(qiáng)度地應(yīng)力作用下深部巖石呈現(xiàn)出高硬度,整體性較強(qiáng)等特點(diǎn),在開(kāi)采過(guò)后很難由于自重而形成自由垮落,一旦懸頂面積過(guò)大就會(huì)給井下安全生產(chǎn)造成重大隱患,傳統(tǒng)乳化炸藥致裂頂板易造成井下瓦斯爆炸等安全性問(wèn)題。平煤二礦庚組煤層頂板屬堅(jiān)硬頂板,針對(duì)平煤二礦庚_(20)-2100工作面頂板堅(jiān)硬,在回采過(guò)程中難以由自重直接垮落的難題,提出了一款無(wú)焰爆破劑(Non-Explosive Expansion Material,簡(jiǎn)稱(chēng)NEEM),提出了利用非爆炸性膨脹致裂方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)堅(jiān)硬煤層頂板進(jìn)行弱化致裂。NEEM具有無(wú)污染、無(wú)明火、無(wú)碎石等優(yōu)點(diǎn),具有很好的應(yīng)用前景。本文從NEEM致裂破碎單元到致裂原生巖石分析著手,采用了實(shí)驗(yàn)室分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究確定了針對(duì)井下進(jìn)行無(wú)焰爆破所需要的工藝參數(shù),例如頂板鉆孔布置距離、鉆孔布置方案、裝藥環(huán)節(jié)等,在此基礎(chǔ)上取得了以下一些成果:(1)通過(guò)NEEM膨脹鋼管試驗(yàn),測(cè)試了NEEM初始膨脹應(yīng)力,進(jìn)行了NEEM破碎原生巖石試驗(yàn),試驗(yàn)表明NEEM可以對(duì)井下頂板進(jìn)行致裂,為井下進(jìn)行無(wú)焰爆破弱化頂板方案提供了可靠的理論依據(jù)。(2)利用COMSOL數(shù)值模擬,分析了兩孔之間應(yīng)力云圖、兩孔中軸線(xiàn)的應(yīng)力分布圖,提出了適合井下無(wú)焰爆破鉆孔布置的合理距離,利用FLAC3D數(shù)值模擬,分析了在不同角度鉆孔下利用無(wú)焰爆破對(duì)頂板進(jìn)行致裂的效果,結(jié)合NEEM遇水之后膨脹應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系,遵循以時(shí)間換取空間的原則,提出了“逐級(jí)弱化-時(shí)空協(xié)同-整體弱化”的技術(shù)思路。(3)針對(duì)井下上行孔裝藥問(wèn)題,提出了卷裝NEEM,并開(kāi)發(fā)了一套適合井下上行孔卷裝NEEM快速裝藥裝置與裝藥流程工藝。(4)在平煤二礦庚_(20)-21100工作面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性應(yīng)用,應(yīng)用結(jié)果表明,無(wú)焰爆破弱化技術(shù)能夠解決庚組煤層工作面堅(jiān)硬頂板無(wú)法自由垮落問(wèn)題,應(yīng)用期間,上隅角瓦斯?jié)舛仍谡７秶鷥?nèi),上隅角懸頂面積不超限,井下生產(chǎn)作業(yè)正常進(jìn)行。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TD327.2
【圖文】：

工程碩士專(zhuān)業(yè)學(xué)位論文6圖1-1 工作面端頭“三角懸板”結(jié)構(gòu)Figure 1-1 "Triangular suspension plate" structure of face end平煤二礦庚組煤工作面直接頂為石灰?guī)r，平均厚度在 5m 以上，較為堅(jiān)硬，整體性強(qiáng)，工作面在回采過(guò)程中由于一次采高大，工作面頂板直接冒落的矸石難以充填滿(mǎn)采空區(qū)，頂板以一定角度向采空區(qū)傾斜，形成懸臂梁，造成回采工作面推進(jìn)過(guò)程中回風(fēng)巷上隅角經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)頂板不能及時(shí)垮落現(xiàn)象，導(dǎo)致采空區(qū)后方懸頂面積增大（如圖 1-1）所示，容易造成瓦斯積聚[81]。工作面上隅角懸頂?shù)奈：κ秋@而易見(jiàn)的，為保證回采的順利進(jìn)行，必須有效地控制懸頂面積

圖2-2 膨脹壓測(cè)試示意圖及膨脹壓曲線(xiàn)圖Figure 2-2 Expansion pressure test diagram and expansion pressure curve2.3 NEEM 致裂樣塊圍壓破碎試驗(yàn)（Confined Pressure Crushing Test oNEEM Fracturing Samples）為了模擬靜態(tài) NEEM 破碎巖石的具體情況，根據(jù)實(shí)際中對(duì)巖石施加圍壓，試樣在自由狀態(tài)下的破裂不能夠反映實(shí)際的破碎狀況，因而采用了三軸系統(tǒng)對(duì)試樣加壓模擬實(shí)際的情況，三軸系統(tǒng)見(jiàn)圖 2-3。在實(shí)際中巖石的各個(gè)方向的圍壓也都不盡然相同，因此對(duì)試樣加壓兩個(gè)對(duì)面的應(yīng)力分別為：1.2MPa、0.2MPa。有觀點(diǎn)認(rèn)為裂紋沿著垂直于最小主應(yīng)力的方向，利用兩個(gè)試樣進(jìn)行了開(kāi)裂試驗(yàn)驗(yàn)證見(jiàn)圖 2-4 和圖 2-5。(c)時(shí)間(S)

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱殿柱;;無(wú)底柱分段崩落法采礦爆破懸頂問(wèn)題的探討[J];金屬礦山;1993年04期

2 馬濤;;地下礦山懸頂處理擴(kuò)壺爆破技術(shù)的試驗(yàn)及應(yīng)用[J];礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā);2019年08期

3 劉建超;;無(wú)底柱分段崩落法懸頂發(fā)生原因及處理措施[J];山西建筑;2018年20期

4 王來(lái)貴,劉向峰,于永江,何峰;采場(chǎng)大面積懸頂系統(tǒng)貯能及釋放研究[J];遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2003年06期

5 周斌;中深孔采礦爆破懸頂問(wèn)題的探討[J];湖南有色金屬;2000年03期

6 邱慎前;趙朋;王加磊;;中深孔爆破技術(shù)在懸頂?shù)V回采中的應(yīng)用[J];中國(guó)礦山工程;2017年04期

7 雷剛;陳詩(shī)墨;張杰;;下告鐵礦懸頂成因分析及預(yù)防措施研究[J];金屬礦山;2015年06期

8 曾偉民;;切割槽爆破懸頂現(xiàn)象的預(yù)防與安全處理[J];采礦技術(shù);2006年01期

9 卜祥才;分段崩礦礦房采礦法爆破懸頂問(wèn)題的探討[J];冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè);1995年04期

10 陳秋成;;控制爆破在懸頂工程中的應(yīng)用[J];江蘇冶金;1990年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 楊彥峰;;大同煤礦大面積懸頂巖體瞬間一次冒落災(zāi)害[A];巖石工程事故與災(zāi)害實(shí)錄（第一冊(cè)）[C];1994年

2 鄧維元;;綜采工作面堅(jiān)硬頂板合理懸頂長(zhǎng)度研究[A];第四屆全國(guó)煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線(xiàn)青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C];2009年

3 王增太;;談?wù)劅o(wú)底柱采礦中的懸頂問(wèn)題[A];魯冀晉瓊粵川六省金屬學(xué)會(huì)第十四屆礦山學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

4 冉軍;;無(wú)底柱分段崩落法采場(chǎng)消除懸頂?shù)姆椒ㄌ接慬A];中國(guó)采選技術(shù)十年回顧與展望[C];2012年

5 貝建剛;;采場(chǎng)懸頂處理方案優(yōu)化[A];2017第二十四屆魯冀晉粵川遼陜京八省（市）金屬學(xué)會(huì)礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2017年

6 馬濤;;淺談無(wú)底柱分段崩落法懸頂?shù)男纬杉疤幚韀A];魯冀晉瓊粵川遼七省金屬（冶金）學(xué)會(huì)第十九屆礦山學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（采礦技術(shù)卷）[C];2012年

7 白如鴻;;榆神礦區(qū)采空區(qū)隱患類(lèi)型及治理措施[A];煤礦綠色高效開(kāi)采技術(shù)研究——陜西省煤炭學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（2016）[C];2016年

8 郭峰;修志偉;馮英俊;;切割拉槽懸頂形成原因分析及處理方法[A];魯冀晉瓊粵川六省金屬學(xué)會(huì)第十四屆礦山學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2007年

9 高德銳;彭井;張雄偉;;無(wú)底柱分段崩落法懸頂?shù)奶幚砗皖A(yù)防[A];第二十屆“冀魯川遼晉瓊粵”七省礦業(yè)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

10 王玉明;盛現(xiàn)魯;;怎樣解決回采過(guò)程中“懸頂、推墻”的爆破事故[A];魯冀晉瓊粵川遼七省金屬（冶金）學(xué)會(huì)第十九屆礦山學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（采礦技術(shù)卷）[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 程季軒;“利劍”懸頂 形成震懾[N];中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào);2015年

2 建行深圳分行 李林;四把利劍懸頂歐元[N];深圳商報(bào);2015年

3 本報(bào)記者 張漢青;三大利空懸頂“兩會(huì)行情”增變數(shù)[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2009年

4 記者 嚴(yán)婷;歐債危機(jī)“懸頂”各方“押注”今日峰會(huì)[N];第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào);2011年

5 記者 夏子航;“新規(guī)”懸頂 獨(dú)董離職潮綿延[N];上海證券報(bào);2014年

6 本報(bào)記者 張漫游;七大壓力懸頂 建行2020戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型瞄準(zhǔn)五大方向[N];中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào);2016年

7 北京德和衡律師事務(wù)所 高樹(shù)勛;礦業(yè)公司高管的“懸頂之劍”[N];中國(guó)黃金報(bào);2016年

8 本報(bào)實(shí)習(xí)記者 荊麗娟;違約債成懸頂之劍 公募基金“踩雷”[N];中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào);2016年

9 本報(bào)記者 米娜 張斯文;消防隱患 懸頂之劍[N];黑龍江日?qǐng)?bào);2013年

10 張漢青;利空懸頂 大盤(pán)反彈無(wú)力[N];經(jīng)濟(jì)參考報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 董健濤;回采巷道錨網(wǎng)索支護(hù)解除的力學(xué)機(jī)理與應(yīng)用研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 徐金元;高瓦斯工作面堅(jiān)硬懸頂無(wú)焰爆破弱化技術(shù)研究與應(yīng)用[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2019年

2 程元祥;懸頂采場(chǎng)圍巖變形和破壞特征研究[D];山東科技大學(xué);2006年

3 譚毅;靜態(tài)破碎劑在回采工作面端頭懸頂處理中的應(yīng)用與研究[D];太原理工大學(xué);2012年

4 路抗;煤巷采后頂板極限懸頂機(jī)理與沿空留巷應(yīng)用研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2713753