【摘要】：煤炭工業(yè)的快速發(fā)展反映了煤炭在資源結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵地位,而埋藏條件較好的煤炭資源已接近枯竭,所以煤層賦存條件相對(duì)差的的近距離煤層開采,漸漸受到人們的重視。近距離煤層分布范圍較廣,在我國很多井田都有近距離煤層分布,近距離煤層對(duì)于傳統(tǒng)單一煤層開采而言,其存在一定的差異性,其差異因素包括選擇合理的開采順序、上下煤層遺留煤柱應(yīng)力分布特征、回采巷道合理布置方式及巷道支護(hù)等方面。尤其是近距離煤層下行開采,上煤層開采后采空區(qū)遺留煤柱及巷道圍巖應(yīng)力重新分布會(huì)給下煤層回采巷道的穩(wěn)定性帶來消極影響,且下煤層開采時(shí),頂板已經(jīng)受到上煤層開采損傷破壞影響,從而增加了下煤層回采巷道圍巖控制的難度。下煤層回采巷道圍巖控制的關(guān)鍵是回采巷道合理布置方式及近距離煤層支護(hù)體系的構(gòu)建,因此,下煤層回采巷道合理布置方式和巷道支護(hù)系統(tǒng)是近距離煤層安全高效開采的重難點(diǎn)研究內(nèi)容。本文以神州煤業(yè)一采區(qū)南翼近距離煤層(8#、10#煤)開采為研究背景,通過模糊數(shù)學(xué)綜合分析、理論分析計(jì)算與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,針對(duì)神州煤業(yè)近距離煤層(8#、10#)下層10#煤回采巷道合理布置方式與支護(hù)體系的構(gòu)建展開詳細(xì)深入的分析研究,并得到以下研究結(jié)論:(1)結(jié)合礦井地質(zhì)條件、煤(巖)物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試及圍巖窺視對(duì)煤層頂?shù)装鍘r性、節(jié)理和裂隙發(fā)育進(jìn)行初步分析。(2)收集類似地質(zhì)條件的煤巷圍巖穩(wěn)定性分類指標(biāo)數(shù)據(jù),采用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行模糊聚類分析,運(yùn)用Matlab進(jìn)行迭代計(jì)算,進(jìn)而得到神州煤業(yè)下組煤回采巷道圍巖穩(wěn)定性級(jí)別,為巷道合理布置及支護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建提供理論支撐。(3)分析煤柱下應(yīng)力分布規(guī)律,通過滑移線場(chǎng)理論進(jìn)行理論分析,由數(shù)學(xué)方法化簡求得上煤層采空區(qū)遺留煤柱對(duì)底板的最大破壞深度理論計(jì)算公式,結(jié)合地質(zhì)資料及圍巖力學(xué)參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù),得到上煤層開采對(duì)底板的最大損傷深度理論計(jì)算值為1.45m;理論計(jì)算過程中,運(yùn)用極限平衡理論求得煤柱一側(cè)采空時(shí)塑性區(qū)寬度計(jì)算公式。(4)分別研究煤柱在一側(cè)采空和兩側(cè)采空兩種情況下,其支承壓力分布與應(yīng)力分布特征,從而得到不同狀態(tài)下的上煤層遺留煤柱穩(wěn)定性分析;結(jié)合礦井地質(zhì)資料及煤巖物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù),計(jì)算得到上煤層(8#)煤遺留煤柱塑性區(qū)寬度為1.90m,煤柱保持其穩(wěn)定性的最小寬度取值范圍為:5.13m~6.46m,由8103工作面作業(yè)規(guī)程可知,上層煤8103工作面采空區(qū)遺留煤柱寬度為20m,其遠(yuǎn)大于煤柱保持穩(wěn)定狀態(tài)的理論寬度值;理論計(jì)算得到下層煤(10#)煤柱塑性區(qū)寬度值為3.78m,煤柱保持其穩(wěn)定性的最小寬度取值范圍為:9.86m~12.16m。(5)分析煤柱支承壓力分布簡化模型與煤柱應(yīng)力傳播影響的范圍,求得下煤層回采巷道與上煤層遺留煤柱合理錯(cuò)距的理論計(jì)算公式,結(jié)合礦井地質(zhì)資料及煤巖物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù),計(jì)算得到L≥4.4m。根據(jù)理論合理錯(cuò)距值,同時(shí)結(jié)合礦井實(shí)際情況,進(jìn)而提出三種下煤層回采巷道布置方案,并從圍巖控制、采出率及成本等方面進(jìn)行對(duì)比,同時(shí)通過數(shù)值模擬對(duì)三種方案進(jìn)行模擬計(jì)算,得到巷道布置方式初選方案。(6)針對(duì)不同錯(cuò)距下煤層回采巷道布置方式,采用FLAC~(3D)數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,針對(duì)錯(cuò)距與巷道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律進(jìn)行分析,最終得到下煤層回采巷道合理內(nèi)錯(cuò)距為10m。(7)通過分析近距離煤層破碎圍巖巷道錨桿支護(hù)作用機(jī)理、近距離煤層巷道支護(hù)理論及原則,同時(shí)針對(duì)上煤層8103工作面回采巷道已有支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)度校核,據(jù)此進(jìn)一步提出下煤層回采巷道支護(hù)方案為:錨桿+金屬網(wǎng)+工字鋼棚聯(lián)合支護(hù),并給出相應(yīng)的支護(hù)參數(shù)�，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)下煤層回采巷道支護(hù)后的巷道圍巖變形量,進(jìn)一步檢驗(yàn)支護(hù)效果。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD353
【圖文】：

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文力分布特征及塑性區(qū)破壞范圍，并結(jié)合理論錯(cuò)距值，確定下煤層回采巷道內(nèi)錯(cuò)距。（4）近距離下煤層回采巷道支護(hù)技術(shù)研究通過分析神州煤業(yè)近距離煤層層間巖性及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，并對(duì)上煤層 8103工作面運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷已有支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)度校核；結(jié)合礦井實(shí)際情況，進(jìn)一步提出下煤層回采巷道的支護(hù)方案，并對(duì) 10103 工作面回采巷道支護(hù)效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)圍巖變形監(jiān)測(cè)。1.5 論文研究的技術(shù)路線本文的技術(shù)路線圖如圖 1-1 所示。

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文煤層厚 0.92m～2.10m，平均厚 1.33m，結(jié)構(gòu)簡單，一般含有一層夾矸，頂板為深灰色石灰?guī)r，中間夾炭質(zhì)泥巖；底板為泥巖和炭質(zhì)泥巖。8#煤在井田南部范圍內(nèi)較薄，到西北部逐漸變厚，在井田東北部與 10#煤層合并。10#煤位于太原組碎屑巖含煤段，埋深 237.34～450.70m，平均 334.14m。煤層厚 1.4m～6.86m，平均厚 3.34m，一般含 2～3 層泥巖夾矸，頂板為泥巖，夾有＜0.1m 炭質(zhì)泥巖，底板巖性為泥巖，部分區(qū)域夾有砂質(zhì)泥巖。8#煤和 10#煤層間距 0～7.34m，平均層間距 4.72m，在礦井東北部兩層煤合并為一層。一采區(qū)南翼10103 首采工作面長度 210m，推進(jìn)長度 1070m。煤層對(duì)比及地質(zhì)柱狀圖如圖 2-所示。本研究的工程背景為神州煤業(yè)一采區(qū)南翼下煤層（10#）近距離煤層開采，由礦井地質(zhì)資料可知，一采區(qū)南翼 10#煤層厚 1.6m～2.9m，平均厚 2.30m。

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文于北翼運(yùn)輸大巷 350 米處的臨時(shí)水倉位置，頂板向上取芯 14 米，底板向下取芯5 米；2 號(hào)鉆孔取芯點(diǎn)位于一采區(qū)運(yùn)輸巷皮帶機(jī)頭位置，頂板向上取芯 14 米，底板向下取芯 5 米；3 號(hào)鉆孔取芯位于一采區(qū)運(yùn)輸巷約 425 米移動(dòng)救生艙位置，頂板向上取芯 14 米，底板向下取芯 5 米。鉆孔取芯具體位置如圖 2-2 所示。

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本文編號(hào)：2790827