煤炭是寶貴的不可再生資源,在保證安全、技術可行、經濟合理的前提下,盡可能提高煤炭采出率是煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢之一。中國工程院袁亮院士提出了“煤炭精準開采科學構想”,煤炭精準開采是人類社會未來采礦的必由之路,本文對極松散厚煤層完全沿空掘巷支護技術方面的研究,正是精準開采的工程實例。目前我國在完全沿空掘巷方面實踐的案例很少數,公開文獻顯示,自1949年至今,我國僅實施了 5例,其中4例對應的煤層厚度均在2m左右,且屬中硬度煤層;煤層厚度8m左右,且屬于極松散低強度的煤層僅本項目1例,故本文的研究依然屬新生事物,嘗試實施完全沿空掘巷的煤礦數量不多。在煤礦中實施完全沿空掘巷技術不僅可以提高煤炭采出率,而且可以省去了探水環(huán)節(jié),提高了成巷速度,保證了工作面的及時接替,避免了煤礦停產。圍繞論題,本論文的主要研究工作如下:(1)根據收集的資料分析8100機巷所處的復雜工程地質和水文地質條件,分析水害、有害氣體及采空區(qū)殘余煤炭自燃等該巷實施完全沿空掘巷的影響因素并進行防治,為順利實施完全沿空掘巷技術提供理論支撐。(2)從工業(yè)現場取試樣對主要巖石的抗拉強度、抗壓強度、變形模量、彈性模量、泊松比等力學性質進行...

【文章頁數】：168 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 沿空掘巷的研究概述
        1.2.2 采煤工作面周邊礦壓顯現規(guī)律研究概況
        1.2.3 巷道支護的研究概述
        1.2.4 完全沿空掘巷技術應用現狀
    1.3 研究內容與方法
        1.3.1 研究內容
        1.3.2 研究方法
2 影響完全沿空掘巷基本原因分析及對策研究
    2.1 工程概述
    2.2 局部小構造分析
        2.2.1 周邊已查明構造總覽
        2.2.2 局部構造對8100機巷掘進施工影響分析
    2.3 水害分析及防治
        2.3.1 水文地質概況及水害類型分析
        2.3.2 工作面涌水量預算
        2.3.3 水害防治措施
    2.4 有害氣體分析及防治
        2.4.1 采空區(qū)瓦斯積存狀態(tài)8100機巷影響分析
        2.4.2 工作面瓦斯涌出量預測
        2.4.3 瓦斯治理方案
    2.5 余煤自燃的影響因素分析及防治
        2.5.1 余煤自燃的影響因素分析
        2.5.2 余煤自燃的防治
    2.6 本章小結
3 煤巖樣物理力學性能研究
    3.1 煤頂板、底板巖石物理力學性質試驗
        3.1.1 試驗內容
        3.1.2 試驗系統(tǒng)及試驗前后的試件
        3.1.3 試驗結果
        3.1.4 普氏系數試驗
    3.2 煤的力學性能試驗
        3.2.1 煤的側壓系數試驗
        3.2.2 煤單軸和三軸壓縮強度試驗
        3.2.3 煤與巖石的摩擦系數試驗
    3.3 本章小結
4 實體煤側煤體變形分區(qū)及支護機理研究
    4.1 實體煤側煤體變形分區(qū)研究
        4.1.1 完全沿空掘巷上覆老頂的基本斷裂形式
        4.1.2 實體煤側煤體受力變形力學模型的建立
        4.1.3 實體煤側煤體變形分區(qū)及范圍研究
        4.1.4 實體煤側煤體變形分區(qū)邊界應力及范圍確定
        4.1.5 理論計算結果分析
        4.1.6 數值模擬對比計算分析
    4.2 支護機理分析
        4.2.1 松散破碎煤體的維穩(wěn)機理
        4.2.2 錨桿錨固的位移自鎖原理
        4.2.3 “錨架煤”綜合支護結構承載機理
    4.3 U型鋼支架承載能力計算與分析
        4.3.1 未補強U型鋼支架承載能力計算
        4.3.2 兩排錨桿補強支護U型鋼支架承載能力計算
        4.3.3 兩排錨桿支護U型鋼支架補強位置優(yōu)化
        4.3.4 三排錨桿補強支護U型鋼支架承載能力計算
    4.4 本章小結
5 完全沿空掘巷周圍煤巖體劣化的有限元分析
    5.1 模型概況
        5.1.1 幾何尺寸
        5.1.2 圍巖破碎區(qū)的力學性質
        5.1.3 邊界條件
        5.1.4 網格劃分
    5.2 模擬計算過程及結果分析
        5.2.1 模擬步驟
        5.2.2 地應力覆加效果
        5.2.3 工作面開采的模擬
        5.2.4 8100機巷開挖
        5.2.5 弱面結構對巷道圍巖的影響
    5.3 本章小結
6 支護技術應用及可靠性評價
    6.1 非對稱支護及支護方案
        6.1.1 非對稱支護
        6.1.2 支護方案
    6.2 8101工作面頂板斷裂對8100機巷的影響分析
        6.2.1 檢測儀器及方法
        6.2.2 現場監(jiān)測及數據分析
    6.3 支護壓力與圍巖(煤)變形的實測與分析
        6.3.1 壓力測試
        6.3.2 測試工具及使用方法
        6.3.3 測力計現場安裝
        6.3.4 現場監(jiān)測及分析
    6.4 巷道變形監(jiān)測
        6.4.1 觀測目的
        6.4.2 觀測點位設置
        6.4.3 變形觀測及分析
    6.5 本章小結
7 結論與展望
    7.1 結論
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果



本文編號：3874868