大采高煤层注水对煤壁稳定性影响研究

发布时间：2017-07-28 19:02

  本文关键词：大采高煤层注水对煤壁稳定性影响研究

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【摘要】：安源煤矿大采高坚硬煤层工作面煤壁暴露面积大,易发生煤壁片帮,如何在确保煤壁稳定的条件下合理的实施煤层注水技术成为一大难题。本文针对这一难题,对煤层注水大采高工作面煤壁稳定性的影响进行研究,对大采高综采工作面煤壁研究具有一定的理论意义和实用价值。首先,根据安源煤矿开采条件,分析大采高煤壁片帮破坏形式,研究采高、推进方向、支架围岩关系等煤壁稳定性影响因素,运用压杆理论和Mises准则分析煤壁片帮的原因及易片帮的位置,为煤层注水孔位置的选择提供理论依据。然后,进行煤体含水率、吸水率及其物理力学性质试验,研究煤体物理力学参数与含水率的关系;建立不同含水率下煤样破坏的本构关系,分析了煤层注水对煤体的弱化作用和渗透作用。其次,研究了煤层注水后片帮机理,研究注水煤体的应力能转化与释放对煤壁稳定性的影响,运用FLAC3D模拟软件建立综采工作面模型,分析了不同含水率、不同孔距及不同注水压力下工作面前方煤体的应力、塑性区和压缩率的演变过程。研究在不同情况下进行注水对煤体稳定性的影响。研究得出了大采高综采面煤层注水应重点软化煤层中下部,得出了合理煤层钻孔布置及注水工艺参数。最后,将研究结果运用于安源煤矿4211综采工作面现场试验。结果证明,注水后工作面煤壁稳定片帮,降低了煤层强度,同时注水后煤层裂隙增加提高了开采效率,块煤率、回收率和产能,粉尘浓度大幅度降低,注水取得显著的效果。
【关键词】：大采高 煤层注水 煤壁稳定性 FLAC~(3D)模拟
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD714.41;TD32
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 选题背景及意义7
• 1.2 国内外研究现状7-13
• 1.2.1 大采高煤壁片帮研究现状7-9
• 1.2.2 煤层注水研究现状9-12
• 1.2.3 水对煤体物理力学性质影响的研究现状12-13
• 1.3 研究目的、内容、方法和技术路线13-15
• 1.3.1 研究目的13
• 1.3.2 研究内容13
• 1.3.3 研究方法13-14
• 1.3.4 技术路线14-15
• 2 安源煤矿大采高煤壁稳定性分析15-27
• 2.1 安源煤矿4211工作面概况15
• 2.2 安源大采高工作面煤壁破坏形式分析15-17
• 2.3 工作面煤壁稳定性影响因素分析17-20
• 2.3.1 采高的影响17-18
• 2.3.2 工作面推进方向的影响18-19
• 2.3.3 支架-围岩关系的影响19
• 2.3.4 煤体物理力学性质的影响19-20
• 2.4 压杆理论分析煤壁稳定性20-22
• 2.5 Mises准则分析煤壁稳定性22-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 水对煤体力学性质影响分析27-40
• 3.1 含水率对煤体力学性质的影响27-29
• 3.2 煤体力学性质与含水率关系测试29-36
• 3.3 煤层注水机理研究36-39
• 3.3.1 水在煤层中的渗透作用机理36-37
• 3.3.2 水对煤体强度的弱化作用37-38
• 3.3.3 注水参数的确定38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 安源煤矿煤层注水片帮机理分析40-54
• 4.1 注水煤体中应力能转化与释放分析40-43
• 4.1.1 煤体的弹性能形式及其转化40-41
• 4.1.2 注水后煤体的弹性能释放形式41-43
• 4.2 煤层注水的煤壁稳定性分析43-44
• 4.3 安源煤层注水煤壁稳定性数值模拟44-53
• 4.3.1 安源煤矿采场覆岩关键层计算45-47
• 4.3.2 数值模型建立47-49
• 4.3.3 数值模拟结果分析49-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 大采高煤层注水工艺参数模拟分析54-74
• 5.1 孔隙压力计算及注水压力对煤壁稳定性影响模拟54-62
• 5.1.1 注水孔压力场的模拟54-56
• 5.1.2 注水压力对煤壁稳定性影响模拟56-62
• 5.2 含水率煤壁稳定性影响模拟62-67
• 5.3 注水孔间距对煤壁稳定影响模拟67-72
• 5.4 本章小结72-74
• 6 工程实例74-80
• 6.1 试验工作面概况74
• 6.2 煤层注水方案设计74-77
• 6.3 实施效果分析77-79
• 6.4 本章小结79-80
• 7 结论与展望80-82
• 7.1 结论80-81
• 7.2 展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-88
• 附录88

【参考文献】

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1 庞叶青;熊伟;司书芳;李义敬;;新型化学浆液加固工艺的应用[J];煤矿安全;2012年07期

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本文编号：585515