本文關(guān)鍵詞：大采高長(zhǎng)工作面采場(chǎng)覆巖運(yùn)動(dòng)和支架—圍巖系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制研究　出處：《安徽理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：大采高長(zhǎng)工作面開采技術(shù)由于其具有煤炭資源回收率高、作業(yè)條件好、改善煤炭質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)隨著煤礦設(shè)備裝配能力的提高,大采高長(zhǎng)工作面在生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸得到應(yīng)用。但由于采高增大,采面加長(zhǎng),也給圍巖控制帶來(lái)了困難。因此,本文通過(guò)理論分析、模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等手段,分別從大采高長(zhǎng)工作面采場(chǎng)圍巖活動(dòng)機(jī)理、圍巖應(yīng)力分布規(guī)律、頂板結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律、支架-圍巖系統(tǒng)動(dòng)態(tài)關(guān)系、支架適應(yīng)性分析等幾個(gè)方面,比較系統(tǒng)的研究了大采高長(zhǎng)工作面采場(chǎng)覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律和支架圍巖系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制技術(shù),為大采高長(zhǎng)工作面技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供參考依據(jù)。論文取得了如下主要成果：(1)建立了大采高長(zhǎng)綜采工作面采場(chǎng)圍巖整體力學(xué)模型,討論了基本頂初次破斷、周期斷裂的頂板下沉及圍巖應(yīng)力分布,確定了頂板下沉的撓曲面方程,獲得了頂板最大下沉點(diǎn),并建立了頂板的應(yīng)力表達(dá)式。隨著工作面長(zhǎng)度增加,長(zhǎng)工作面超前支承壓力集中峰值增加,其應(yīng)力峰值位置相應(yīng)向煤體內(nèi)部轉(zhuǎn)移；而開采高度對(duì)側(cè)向?qū)嶓w煤內(nèi)的應(yīng)力分布沒有明顯影響。(2)采場(chǎng)支架與圍巖的關(guān)系體現(xiàn)了圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律與支架的性能、結(jié)構(gòu)間的適應(yīng)性及相互間的影響；支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性,取決于支架-直接頂體系的穩(wěn)定性。頂板下沉量與支架工作阻力呈近似雙曲線關(guān)系；直接頂巖性較軟或者破碎,頂板下沉量較小,基本頂給定變形被直接頂吸收。(3)隨著采高和工作面長(zhǎng)度增加,原有的上覆結(jié)構(gòu)破壞,可能成為垮落帶的一部分；結(jié)合2-508大采高長(zhǎng)綜采工作面工程背景,利用關(guān)鍵層理論和采場(chǎng)上覆巖層組成及巖性參數(shù),篩選出C3、C7、C16等巖層為關(guān)鍵層,分別計(jì)算各層載荷、破斷距。(4)對(duì)于大采高長(zhǎng)工作面,隨工作面支護(hù)阻力增加,剪應(yīng)力集中區(qū)域逐漸減小,應(yīng)力集中程度降低,應(yīng)力范圍擴(kuò)大到整個(gè)控頂區(qū)上方,但當(dāng)支護(hù)阻力達(dá)到某一值后,對(duì)改善應(yīng)力集中效果不明顯；當(dāng)初撐力較低時(shí),增加初撐力對(duì)降低頂板下沉有顯著作用,隨著初撐力的增加,頂板下沉量逐漸減小,但減小的速度越來(lái)越小。(5)采場(chǎng)頂板失穩(wěn)的主要影響因素有：梁端距、工作阻力、立柱傾角、老頂來(lái)壓與否、直接頂總厚度。隨著梁端距的增加,冒落拱參數(shù)(冒高和片幫深度)都不斷增大,呈非線性關(guān)系；梁端距應(yīng)控制在0.6m以下,即能防止煤壁片幫又能控制端部冒落。支架的工作阻力和頂板下沉量之間呈近似雙曲線關(guān)系,支架的水平阻力應(yīng)不小于280KN,支架的工作阻力應(yīng)不小于7600KN。支架立柱傾角應(yīng)控制在80°左右。(6)長(zhǎng)工作面與普通工作面礦壓實(shí)測(cè)對(duì)比分析表明,基本頂初次垮落步距范圍更加呈不一致性,范圍更大,動(dòng)載系數(shù)也不統(tǒng)一；周期來(lái)壓步距短,壓力顯現(xiàn)不強(qiáng)烈,動(dòng)載荷系數(shù)小,長(zhǎng)工作面支架主要承受靜載荷作用；長(zhǎng)工作面來(lái)壓步距長(zhǎng)度依次為：機(jī)頭部分最長(zhǎng),其次為機(jī)尾部分,工作面中部最短,工作面來(lái)壓步距沿傾向分布不對(duì)稱現(xiàn)象明顯,即來(lái)壓不同步。(7)通過(guò)建立頂板控制力學(xué)模型,利用理論計(jì)算對(duì)2-508工作面支架阻力進(jìn)行分析,按支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)算；通過(guò)工業(yè)實(shí)驗(yàn),表明2-508工作面支架的額定工作阻力有較大的富余系數(shù)。根據(jù)工作面在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析支架工作阻力呈正態(tài)分布狀態(tài),沿著工作面長(zhǎng)度方向中部支架平均壓力均大于兩端支架壓力,機(jī)尾處均低于機(jī)頭；工作面長(zhǎng)度增加,頂板壓力顯著增大。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD355

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1324192