發(fā)布時間：2020-07-03 02:05

【摘要】：工作面煤壁的破壞是影響大采高綜采開采技術(shù)效益發(fā)揮的關(guān)鍵因素之一,尤其是在煤層開采不斷向深部發(fā)展的趨勢下,對深部大采高綜采工作面煤壁破壞及其控制技術(shù)進行研究,具有十分重要的意義。本文以紅慶河煤礦3-1煤層埋深582.53~872.67m、可采厚度5.80~8.41m為研究背景,在理論分析基礎(chǔ)上,運用Flac3D軟件進行數(shù)值模擬,對利用大采高綜采方法開采深部厚及特厚煤層時的工作面前方支承壓力分布及塑性區(qū)寬度特征、煤壁破壞性影響因素、液壓支架的初撐力和護幫板水平推力大小對煤壁穩(wěn)定性的影響規(guī)律以及控制煤壁穩(wěn)定性的方法進行了深入研究,得到以下主要結(jié)論:(1)煤層開采后,工作面煤壁的原始平衡應(yīng)力被打破,進行重新分布。根據(jù)支承應(yīng)力峰值的位置,工作面前方可分為彈性區(qū)和極限平衡區(qū)。通過理論分析,推導了塑性區(qū)寬度的估算公式,由該公式可知,工作面煤壁塑性區(qū)的寬度與煤層埋深、采高等成正比關(guān)系,與支架作用力、煤體與頂?shù)装褰佑|面之間的摩擦系數(shù)等成反比關(guān)系。此外,利用Flac3D軟件進行了數(shù)值模擬研究,其結(jié)果表明:煤層埋深由600m增加至900m時,工作面前方支承壓力的峰值由40MPa增加為53MPa,其應(yīng)力集中系數(shù)由2.67減小為2.36,而工作面塑性區(qū)的寬度由6m增加為12m;隨著煤層埋深的增加,工作面煤壁前方支承壓力的大小和作用范圍不斷增大,但支承壓力均呈現(xiàn)先增大后減小,并逐漸穩(wěn)定在某一值的變化過程。因此,隨著煤層埋深的增加,工作面煤壁的支承壓力峰值和塑性區(qū)寬度均增大,但峰值的應(yīng)力集中系數(shù)卻減小了。(2)對影響煤壁破壞的地質(zhì)和開采技術(shù)因素進行了歸納分析,并設(shè)計了正交試驗方案,利用Flac3D軟件進行數(shù)值模擬,基于Drucker-Prager準則計算了工作面煤壁的破壞系數(shù)。結(jié)果表明:煤層的埋深增大,煤壁的破壞系數(shù)也增大;縮小支架合力作用點到煤壁的距離、增大液壓支架初撐力、適當降低采高、減小工作面長度可降低煤壁的破壞程度,從而有效防治片幫;工作面煤壁是否發(fā)生破壞及其破壞程度決定著片幫是否發(fā)生,影響煤壁破壞性因素的主次排序為:埋深支架合力作用點到煤壁距離液壓支架初撐力采高工作面長度,從這一排序可以看出,通過人為地調(diào)整支架合力作用點到煤壁距離、初撐力和工作面長度可以減小煤壁的破壞程度。紅慶河煤礦利用大采高綜采方法開采3-1煤層的合理工藝參數(shù)為:支架合力作用點到煤壁的距離為2m,液壓支架的初撐力12000kN,工作面長度225m。(3)通過建立力學模型與進行數(shù)值模擬,研究了液壓支架的初撐力和護幫板水平推力對工作面煤壁穩(wěn)定性的影響規(guī)律,表明:支架初撐力從8000kN增加至12000kN時,煤壁前方垂直應(yīng)力的峰值由44MPa減小為40MPa,但峰值到煤壁的距離并沒有發(fā)生較大改變,大約為7m,而且煤壁前方煤體的破壞面積由13.95m~2減小為7.44m~2;護幫板水平推力從100kN增加至500kN時,煤壁的水平位移由0.47m減小為0.28m,同時,煤壁前方煤體的破壞面積由7.75m~2減小為4.65m~2。因此,增加液壓支架的初撐力和護幫板的水平推力有利于維護煤壁的穩(wěn)定性,從而降低形成片幫的幾率。利用大采高綜采開采厚及特厚煤層時,工作面煤壁的控制方法有:提高液壓支架的初撐力和工作阻力、增加護幫板的支護力和支護面積、加快工作面推進的速度和改善工作面煤體的強度。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD355
【圖文】：

鄂爾多斯西南地區(qū)的國家大型煤炭基地內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責任公司，距，年生產(chǎn)能力 1500 萬 t。井田南北走向積為 140.759km2，可采煤炭儲量約 20圍，初期開采 3-11、3-14 兩個采區(qū)。井田表 2-1 劃定井田范圍拐點坐標eating the coordinates of the inflection point of m 經(jīng)度（Y）m 序號 緯度（X7 37374987.06 2 43599114 37392443.43 4 4343556

太原理工大學碩士研究生學位論文2）實驗設(shè)備：WAW-600 萬能試驗機。3）試件制備：試樣為紅慶河煤礦 3-1 煤層及其頂?shù)装鍘r層，根據(jù)室內(nèi)實驗的要與說明，把煤巖試樣加工成直徑為 50mm、高為 100mm 的圓柱體。4）試驗方法：試驗過程中的步驟依據(jù) ISRM 標準依次實施。尤其，要根據(jù)試樣層理分布來加載垂直應(yīng)力，使二者相互垂直。對試樣施加壓力的過程如圖 2-3 所示。過加載器示數(shù)可得到試樣的極限破壞值。

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李曉波;;站在煤壁跟前[J];中國工人;2016年07期

2 呂海潮;;煤的生命在礦井里閃光(組詩)[J];娘子關(guān);2017年03期

3 李曉波;;站在煤壁跟前[J];當代礦工;2015年07期

4 朱榮;侯X 均;;滾筒式采煤機整機地面試驗的新方法[J];煤礦機電;1988年04期

5 и.А.雷日科 ,袁漢春;按煤層近煤壁處溫度狀況預報突出危險[J];煤礦安全;1989年04期

6 邵國柱;老頂超前斷裂與來壓預報[J];礦山壓力;1989年02期

7 丁韶平;;打眼[J];當代礦工;1987年05期

8 趙健;鄭志陽;劉雷斌;;大采高綜采工作面煤壁應(yīng)力及穩(wěn)定性研究[J];煤礦安全;2018年01期

9 孔德中;劉洋;劉勤志;;大采高工作面煤壁破壞機制研究[J];巖石力學與工程學報;2018年S1期

10 鄒昌華;;模擬煤壁施工技術(shù)[J];城市建設(shè)理論研究(電子版);2017年31期

相關(guān)會議論文 前10條

1 馮志強;;注漿木錨桿加固煤壁機理分析[A];采礦工程學新論——北京開采所研究生論文集[C];2005年

2 劉春;陳丹;王艷磊;代張音;;大傾角綜采工作面煤壁破壞機理與快速處置技術(shù)研究[A];《工業(yè)建筑》2018年全國學術(shù)年會論文集（下冊）[C];2018年

3 ;對外技術(shù)交流活動[A];中國煤炭學會會訊（第21期）[C];1982年

4 田小明;;燒變巖及3~(-1)煤層煤壁穩(wěn)定性評價[A];西部礦山建設(shè)工程理論與實踐[C];2009年

5 劉彥青;張浪;張書林;李偉;桑聰;;U+I型通風下綜放工作面采空區(qū)遺煤及支架上方煤壁瓦斯涌出及運移規(guī)律研究[A];第十八屆中國科協(xié)年會——分10 煤炭清潔高效利用學術(shù)論壇論文集[C];2016年

6 金洪偉;胡千庭;劉延保;;煤與瓦斯突出激發(fā)的失穩(wěn)機理[A];第六屆全國煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C];2011年

7 王東;陳延康;;基于信號分析的煤巖分界識別技術(shù)的研究[A];全國MTS巖土混凝土試驗研討會論文集[C];2009年

8 張康順;蘇培莉;;煤礦帷幕注漿施工設(shè)計研究[A];西部礦山建設(shè)工程理論與實踐[C];2009年

9 李云浩;徐鐵軍;;煤層瓦斯流動模型及在煤壁的應(yīng)用[A];安全高效煤礦地質(zhì)保障技術(shù)及應(yīng)用——中國地質(zhì)學會、中國煤炭學會煤田地質(zhì)專業(yè)委員會、中國煤炭工業(yè)勞動保護科學技術(shù)學會水害防治專業(yè)委員會學術(shù)年會文集[C];2007年

10 楊魯彬;;三軟煤層大傾角綜放工作面安全防護措施探索[A];第十屆全國煤炭工業(yè)生產(chǎn)一線青年技術(shù)創(chuàng)新文集[C];2016年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 張延穎　崔建勇;葛泉礦粘土封堵煤壁技術(shù)填補國內(nèi)空白[N];科技日報;2008年

2 趙科;礦井透水前的預兆[N];中華合作時報;2003年

3 本報記者 李仁堂;“實驗室”里的綜采工作面[N];中國煤炭報;2015年

相關(guān)博士學位論文 前7條

1 劉孔智;大傾角大采高長壁綜采工作面煤壁穩(wěn)定性研究與應(yīng)用[D];西安科技大學;2017年

2 孔德中;厚煤層工作面煤壁破壞機理及其柔性加固技術(shù)[D];中國礦業(yè)大學(北京);2016年

3 宋高峰;大采高工作面煤壁穩(wěn)定性分析及控制分析[D];中國礦業(yè)大學(北京);2017年

4 孟超;大傾角大采高工作面煤壁失穩(wěn)機理及控制[D];中國礦業(yè)大學;2013年

5 郭衛(wèi)彬;大采高工作面煤壁穩(wěn)定性及其與支架的相互影響機制研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

6 王恒斌;軟煤孤島面大傾角仰采礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及煤壁加固技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學（北京）;2014年

7 崔樹江;大采高超大采場覆巖破壞運動特征及控制研究[D];中國礦業(yè)大學(北京);2016年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 殷瑞斌;深部大采高綜采工作面煤壁破壞及其控制技術(shù)研究[D];太原理工大學;2019年

2 魏坤;“三軟”厚煤層煤壁注水防片幫技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學;2018年

3 袁偉茗;陽煤一礦8303大采高工作面煤壁失穩(wěn)特征及機理研究[D];煤炭科學研究總院;2017年

4 沈漢星;大采高煤層注水對煤壁穩(wěn)定性影響研究[D];西安科技大學;2015年

5 張浩;大傾角煤層長壁大采高綜采工作面煤壁穩(wěn)定性分析[D];西安科技大學;2016年

6 周健;俯仰斜開采工作面煤壁失穩(wěn)破壞機理及控制[D];中國礦業(yè)大學;2015年

7 程才;松軟煤體煤壁注水增穩(wěn)機理及工藝參數(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學;2014年

8 桑培淼;注水強化松軟煤壁穩(wěn)定性的規(guī)律及工藝參數(shù)研究[D];河南理工大學;2010年

9 郭愛偉;大采高綜采面壓裂煤層煤壁穩(wěn)定性研究[D];西安科技大學;2017年

10 李曉坡;采空區(qū)下特厚煤層大采高綜放工作面煤壁穩(wěn)定性及其控制研究[D];太原理工大學;2015年

本文編號：2739017