宝欣煤矿近距离薄煤层联合开采的矿压显现规律研究

发布时间：2017-10-15 03:38

  本文关键词：宝欣煤矿近距离薄煤层联合开采的矿压显现规律研究

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【摘要】：论文以兰花宝欣煤业近距离薄煤层开采为工程背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟、现场实测等研究手段,对近距离薄煤层联合开采的矿压显现规律进行了分析,论文研究并建立了薄煤层工作面联合开采的顶板压力分布力学模型,并预测了2101工作面和3101工作面顶板压力分布规律;建立了宝欣煤矿2101工作面和3101工作面联合开采的数值模拟分析模型,并提出了近距离薄煤层联合开采工作面动态合理错距的概念;通过顶板裂隙窥视仪和工作面在线矿压监测等现场实测手段,分析了3101工作面实际开采过程中的矿山压力显现规律,并且根据巷道顶板与两帮不同的支护原理分别设计了不同回采巷道的支护形式,通过理论研究指导了现场实际生产,并且取得了良好的应用效果。论文所做的主要研究工作及所取得的研究结论包括以下几个方面:(1)论文研究并分析了兰花宝欣煤业的工程背景,确认2号煤层和3号煤层具备联合开采的基本技术条件,并建立了上下工作面联合开采的走向与倾向顶板岩层力学分析模型,预测了2101工作面和3101工作面顶板压力分布规律。(2)论文提出了联合开采过程中上下工作面合理错距的计算方法,研究结果表明:工作面合理错距一般和煤层厚度、煤体强度、顶底板岩层性质,以及开采强度等多种因素有关;当有更多煤层或者厚煤层分层开采时,由于岩层移动角的动态变化,上下工作面合理错距也是会随之发生变化的。(3)通过对近距离薄煤层联合开采进行数值模拟研究,研究结果表明:2号煤层和3号煤层联合开采导致了采场围岩明显的应力、位移叠加效应,尽管弹塑性区域范围增加不明显,但是联合开采的矿压显现要明显强于单一厚煤层开采。(4)通过物理相似模拟实验研究,进一步证实了2号煤层与3号煤层联合开采与单一厚煤层开采在上覆岩层运移规律上的区别。联合开采所形成的最终顶板岩层垮落形态如同两个梯形垮落采空区的重叠,但是下一煤层工作面采空区的岩层垮落角要明显小于上一煤层工作面采空区。(5)论文研究过程中,根据矿井实际生产条件,确定了近距离薄煤层联合开采的两个首采工作面的回采工艺、三机配套及设备选型;并应用顶板裂隙窥视仪探测了3号煤层顶板裂隙发育情况。通过现场观测结果表明,在3号煤层3101工作面回采期间,超前支承压力影响范围超过40 m,但是由于2号煤层与3号煤层之间的岩层十分坚硬,超前支承压力的影响高度并不大,距离工作面40m远的位置应力影响高度约为4m左右,有利于上下工作面联合开采的顺利实施。(6)确定支架压力观测方法,然后根据液压支架的大量实测数据,分析确定3号煤层3101工作面开采后,顶板的初次来压步距为21.4m,周期来压步距为10.4m,与理论分析结果基本相符,工作面存在来压不同步、有先有后的特征;工作面支架左柱平均压力大于右柱,工作面中部压力略大于两侧;根据支架液压信息分布柱状图得出支架工作良好最后提出了一些管理和维护支架的建议。(7)论文通过钻孔取芯和力学实验分析,掌握了2号、3号煤层及顶底板岩层的物理力学性质,研究结果表明:2号、3号煤层顶板岩层大部分较坚硬,但层理普遍发育,各向异性强,垂直层理方向抗压强度大,综合分析认为,2号、3号煤层顶板属于2~3类,中等稳定顶板。(8)论文研究综合考虑了2号和3号煤层的赋存条件、矿井生产能力以及开采强度等因素,确定了2101工作面和3101工作面的巷道布置形式及位置,并提出了适合山西古县兰花宝欣煤业有限公司2号、3号煤层巷道特征的锚固支护原理,确定了锚固支护方案及参数。论文的研究结果对于兰花宝欣煤业的近距离薄煤层联合开采具有很强的指导意义,同时对于类似条件下的近距离薄煤层开采情况具有重要的借鉴价值。2015年初,兰花宝欣煤业近距离薄煤层联合开采的采煤方法经过实践检验,取得了良好的实施效果,矿井建设也成功通过了竣工验收。
【关键词】：近距离薄煤层 联合开采 矿压显现规律 数值模拟 现场实测
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD323
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 引言11-21
• 1.1 问题的提出及研究意义11
• 1.2 国内外研究现状与文献综述11-18
• 1.2.1 国内外关于薄煤层开采的研究现状11-12
• 1.2.2 近距离薄煤层采场矿压显现规律研究现状12-15
• 1.2.3 同采工作面错距布置理论的研究现状15-18
• 1.2.4 存在的主要问题18
• 1.3 论文主要研究内容18
• 1.4 研究方法与技术路线18-21
• 第二章 近距离薄煤层联合开采的力学模型分析21-33
• 2.1 论文研究的工程背景21-26
• 2.1.1 矿井基本概况21-22
• 2.1.2 可采煤层与地质条件22-25
• 2.1.3 其他开采技术条件25-26
• 2.2 沿工作面布置方向两层煤同时开采的力学模型26-28
• 2.3 沿工作面走向方向两层煤同时开采的力学模型28-29
• 2.4 近距离煤层联合开采工作面的合理错距分析29-32
• 2.4.1 上下工作面合理错距的理论计算29-31
• 2.4.2 岩层移动角的动态取值分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 近距离煤层联合开采的数值模拟分析33-45
• 3.1 不同错距条件下联合开采的数值模拟研究33-39
• 3.1.1 计算模型的建立33-34
• 3.1.2 数值模拟分析过程34-35
• 3.1.3 数值模拟计算结果分析35-39
• 3.2 不同推进速度条件下联合开采的数值模拟分析39-43
• 3.2.1 近距离薄煤层联合开采的垂直应力分布情况39-41
• 3.2.2 近距离薄煤层联合开采的弹塑性区分布情况41-42
• 3.2.3 近距离薄煤层联合开采的垂直位移分布情况42-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第四章 近距离薄煤层联合开采的物理相似模拟研究45-59
• 4.1 实验模型的建立45-47
• 4.2 实验过程与阶段性结果分析47-52
• 4.3 实验后期处理与结论52-57
• 4.3.1 模型开挖期间的应力变化情况52-54
• 4.3.2 模型开挖期间的位移变化情况54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 近距离薄煤层联合开采的矿压实测研究59-75
• 5.1 近距离薄煤层联合开采情况59-61
• 5.1.1 工作面回采工艺59
• 5.1.2 工作面三机配套及设备选型59-60
• 5.1.3 工作面支架选型及顶板管理方式60-61
• 5.2 顶板裂隙钻孔窥视仪观测技术研究61-65
• 5.2.1 观测地点与观测方案设计62
• 5.2.2 现场实测结果分析62-65
• 5.3 工作面支架工作阻力实时监测技术研究65-73
• 5.3.1 液压支架工作阻力监测方案65
• 5.3.2 液压支架工作阻力观测结果分析65-73
• 5.3.3 支架管理和维护措施73
• 5.4 本章小结73-75
• 第六章 近距离薄煤层联合开采的应用效果分析75-99
• 6.1 地质力学分析及围岩分类75-78
• 6.2 近距离煤层联合开采工作面巷道布置方式研究78
• 6.3 近距离煤层联合开采工作面巷道支护形式研究78-96
• 6.3.1 巷道支护原理及其适用条件79
• 6.3.2 巷道支护方案及参数确定79-81
• 6.3.3 3号煤层运输回风巷支护方案81-84
• 6.3.4 3号煤层轨道大巷支护方案84-87
• 6.3.5 3号煤层切眼巷道支护方案87-90
• 6.3.6 2号煤层运输回风巷支护方案90-93
• 6.3.7 2号煤层轨道大巷支护方案93-96
• 6.4 近距离薄煤层联合开采的实施效果96-97
• 6.5 本章小结97-99
• 第七章 结论与展望99-101
• 7.1 论文主要结论99
• 7.2 论文创新点99-100
• 7.3 论文存在的问题与展望100-101
• 参考文献101-107
• 致谢107-109
• 作者简介109
• 在学期间发表的学术论文109

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本文编号：1034905