特厚煤层大采高综放工作面矿压显现与顶煤破碎规律研究

发布时间：2020-08-04 17:40

【摘要】：大同矿区同忻煤矿开采石炭系特厚煤层,回采期间矿压显现强烈,顶煤破碎严重。因此,对大同矿区坚硬顶板条件下综放工作面矿压显现特征及特厚煤层破碎规律进行研究,为大同矿区特厚煤层安全高效开采提供理论指导,具有重要的意义。本文以同忻矿8202综放工作面的实际条件为工程基础,以室内试验、现场实测、理论分析和数值模拟等方法为研究手段,研究了综放工作面支架受力特征、顶煤破坏规律以及工作面推进过程中覆岩运动与顶煤应力分布规律。本论文主要研究成果如下:(1)现场实测结果表明,工作面平均初次来压步距为23.5 m,平均周期来压步距为13.8 m,工作面上部来压较为强烈,中、下部来压缓和;高应力区主要集中在工作面上、中部,来压期间,支架最大工作阻力为额定工作阻力的87.0%,能够满足对顶煤及顶板控制的要求;支架初撑力与末阻力之间具有高度的相关性,可以认为支架末阻力分布受支架初撑力的影响显著;回采期间工作面的超前影响范围基本在140 m左右,剧烈影响范围在80 m内。采取提高初撑力、加快推进速度、强烈来压期间不放煤或少放煤等措施控制顶板,能够有效缓解工作面强烈来压,为矿井安全高效开采提供保障。(2)综合分析工作面超前支承压力,顶板运移(离层、回转下沉),支架的反复支撑三者共同作用促使顶煤的破碎。其中支承压力对顶煤的破碎起到了非常关键的作用,它使得顶煤的水平位移迅速增加,原生裂隙得到进一步扩展,实现对上部煤体的预破碎;顶板运移使自采空区一侧对煤体的约束进一步减弱,煤体内裂隙得到充分的扩展;支架的反复支撑及移动,可增加下部顶煤的破坏程度,大大减小形成大块散落煤体堵塞放煤口的机会,有利于煤体充分破碎成散体。(3)数值模拟研究表明,随着工作面的推进,支架后方顶煤破碎成散体,顺着支架尾梁及采空区形成的堆积体缓慢放出,初始直接顶呈现一定的悬臂梁结构;工作面继续推进大块的砂质泥岩破断,旋转下沉,不能形成承载结构;支架压力明显提高,顶煤放出量也会随之增加;当工作面推进到25 m,厚硬砂岩弯曲下沉,层间发生离层,当工作面推进到30 m,厚硬砂岩弯曲下沉并失稳,形成砌体结构,承载能力进一步削弱,顶煤及直接顶受载更加强烈,煤体破碎范围加大,破碎程度更高。
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD323
【图文】：

技术路线图,技术路线

技术路线.Fig.1-1Technicalroute

剖面图,巷道,剖面图,工作面

（b）2202 运输巷图 2-2 巷道揭煤剖面图Fig.2-2 Coal seam drilling histogram该工作面煤层情况较稳定，3~5#煤层厚度13.61 m～28.92 m，平均为15.26 m，倾角1° ~2°。3~5#煤以半亮型煤为主，半暗型次之，弱玻璃光泽—玻璃光泽。块状、内生裂隙发育，夹有镜煤条带、块状、易碎。夹矸4~8层，岩性为炭质泥岩、砂质泥岩、高岭质泥岩，厚度一般为0.15 m~0.65 m，局部地段最大厚度为1.61 m。工作面倾向长度为200 m,可采走向长度为2034.5 m。采用一次采全厚低位放顶煤采煤法，ZF15000/27.5/42型低位放顶煤支架支护顶板，设计采高为3.9 m，平均放煤高度为11.36 m，采用自然垮落法管理顶板。结合8202工作面切眼附近的地面钻孔柱状图进行具体分析，煤层顶、底板岩层情况如图2-3所示。同忻矿8202工作面煤层瓦斯相对涌出量为0.77 m3/t，绝对瓦斯涌出量为11.44m3/min，属于高瓦斯，煤层易自然，煤尘具有爆炸危险性。根据《矿井水文地质类型划分报告》，矿井水文地质类型中等，单位涌水量

示意图,放煤工艺,示意图,放煤

图 2-7 放煤工艺示意图Fig.2-7 Schematic diagram of coal discharge process放煤工艺为：按“一刀一放”正规循环作业，循环进度 0.8 m，采用“多轮分层顺序”放煤，即放煤工分组排序，相邻两个放煤工相距 3～5 个支架，同时开启放煤口，按顺序循环每次放出 30 %～50 %的顶煤，直至见矸确保顶煤放净，最后关窗。放顶煤与割煤工序同时作业，滞后拉支架距离约为 8～10 个支架，放煤过程中要互相配合，尽量使顶煤流到溜子内。当有大块煤卡在放煤口影响放煤时，则反复动作顶梁，或使用插板，将大块煤破碎，当发现矸石时，及时将回转梁伸出，停止放煤，防止矸石混入煤中。严格执行“见矸关窗”的原则。放煤工要根据后运输机上的煤量适当控制放煤量。2.4 8202 综放面上覆关键层分析针对特厚煤层多层坚硬顶板综放开采下的矿压显现规律，结合工作面切眼附近的 1705 地面钻孔柱状图，对同忻矿 8202 工作面顶板覆岩结构进行分析。8202

【参考文献】