陈家沟煤矿特厚煤层综放采场矿压特征及顶煤冒放性研究

发布时间：2019-09-18 02:08

【摘要】：我国厚煤层储量及产量在全国煤炭储量及产量中占比40%~46%,随着国民经济发展,煤炭开采技术的成熟,以及装备制造水平的提高,厚煤层综放开采的理论与技术得到了长足的发展。近年来,随着综放开采技术的不断进步与提高,综放开采已成为我国煤炭系统实现矿井高产高效的主要途径之一。我国山西、陕西、内蒙古、甘肃等普遍存在厚度超过8m的特厚煤层,在特厚煤层开采中,会遇到回采巷道变形大、压架死架等强矿压显现现象,因此特厚煤层的开采技术及研究显得极其重要。陈家沟煤矿八采区目前主采层为煤5,煤层厚度13.32~54.49m,平均厚度26m,煤层倾角3°~10°,平均6°,属中硬煤层,采用近水平分层走向长壁综采低位放顶煤采煤法,分层厚度11.92m。同时,煤层结构赋存表现不同:在煤层结构相对简单区域夹矸层一般为2~5层,夹矸总厚0.2~3.25m,总平均厚度0.75m;在煤层结构复杂区域夹矸层数多达20层,平均10层,夹矸总厚度0.2~4.16m,总平均厚度1.49m;夹矸层以碳质泥岩为主,也含有泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等。本文以陈家沟煤矿八采区首采工作面8512为背景,采用现场实测、理论分析、数值模拟等方法对陈家沟煤矿综放工作面覆岩破断垮落特征、“两带”高度、支架-围岩关系、含夹矸煤层支承压力分布及顶煤冒放性进行了研究,主要得到如下结论:(1)分析了覆岩破断特征及“两带”发育高度:通过现场数据分析和3DEC数值模拟,计算出工作面覆岩关键层及其破断步距;通过数值模拟分析、总结了随着工作面的推进,覆岩的垮落特征及“两带”高度发育演化特征,得出了陈家沟煤矿8512工作面垮落带高度为42.5m,导水裂隙带高度为102.5m,且模拟的“两带”高度与理论计算相吻合。(2)建立直接顶组合悬臂梁力学模型,并结合基本顶砌体梁结构的受力分析,确定8512工作面合理支架工作阻力为9528kN,结合矿压实测数据,表明选用额定阻力为10000k N的ZF10000/20/32H型液压支架是合理的,同时也验证了力学模型的合理性。(3)利用FLAC2D数值模拟软件分析采场应力场、位移场、破坏场以及支架的受力状况,得出8512工作面矿压显现规律;同时结合现场实测得到:8512工作面的平均来压步距为13.3m,平均工作阻力为4789.5kN,动载系数平均1.2。(4)通过分析8512工作面夹矸层的受力,得到其顶煤中夹矸层在均布载荷及线性载荷作用下的极限厚度公式、极限悬臂长度公式,进而得到顶煤中碳质泥岩夹矸层破断及顶煤冒放性特征;利用3DEC数值模拟软件得到夹矸层层位对顶煤冒放性影响特征,主要表现为下位夹矸对顶煤冒放性影响较小,而中位夹矸易形成类拱结构,对顶煤冒放性影响最大。(5)针对含夹矸特厚煤层冒放性差的问题,提出了爆破法弱化顶煤的措施,沿工作面倾斜方向布置炮孔,爆破参数为:①封孔泥长度不小1.0m;②炮眼深度6m;③每孔装药量3.7kg。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD323

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本文编号：2537236