缓倾斜煤层综放开采沿空留巷围岩控制技术研究

发布时间：2020-11-12 08:12

　　 我国是个产煤大国,也是一个用煤大国,丰富的煤炭资源为我国工业经济的发展注入了源源不断的动力。但经过长期的大量开采,煤炭资源保有量急剧下降,为了保证我国工业经济的持续发展,提高煤炭资源的采出率,避免资源的浪费势在必行,沿空留巷技术也顺势得到了大力推广。然而沿空留巷技术现大多用于近水平煤层,对于缓倾斜综放沿空留巷研究较少。因此,开展该方面的研究具有重要的工程应用价值。本文以暖泉煤业10号煤层缓倾斜综放工作面为研究背景,首先进行现场调研,了解工作面生产情况并收集整理顶底板岩层分布状况及力学性质;其次对沿空留巷期间围岩活动规律进行研究,并结合现场地质力学情况构建巷旁支护体矿压计算模型,同时对巷旁及巷内支护参数进行设计;之后运用数值模拟的方法对所提出的围岩控制方案进行可行性验证;最终通过现场试验中的矿压观测对沿空留巷效果进行评价。论文所得到的主要成果如下:(1)对沿空留巷过程中围岩活动规律进行了分析研究,初步掌握了沿空留巷期间围岩变形及矿压分布规律。同时结合暖泉煤业10号煤层地质条件建立了沿空留巷矿压计算模型。(2)针对影响沿空留巷稳定性的煤层倾角因素进行了分析,得出倾角越大,巷旁支护体受到来自上方岩层的切向力越大,越不利于巷旁支护体的稳定,故在进行旁巷充填体的支护设计时因充分考虑该因素的影响。(3)通过对巷旁支护体作用的分析并且结合实际情况,确定采用柔模混凝土连续墙作为巷旁支护体。设计墙体宽度为1.2m,选用标号C30的混凝土,并且施加间排距均为800mm的横向锚栓进行强化。同时,在对巷内支护体性能要求进行分析之后,确定巷内基本支护采用锚网索联合支护,并对其参数进行了设计。(4)对现场调研收集到的数据进行分析整理之后,运用计算机数值模拟软件对暖泉煤业10107运输顺槽进行沿空留巷数值模拟研究,结果表明在采用设计支护方案条件下,10107留巷顺槽可以满足本工作面及下工作面安全回采的要求。(5)在工业性试验中根据暖泉煤业的实际情况,对其充填工艺及流程进行了设计,并且对主要设备进行了选型计算。同时,由现场矿压观测数据发现,巷道顶底板移近量最大为285mm,两帮移近量最大为302mm,均位于安全允许范围之内,留巷效果良好。从经济技术角度分析得出,采用沿空留巷技术后,不仅缓解了矿井的采掘接替紧张的矛盾,每回收一个煤柱还可以获得8187万元以上的经济效益。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD353
【部分图文】：

了响应国家节约资源的号召，最大限度的提高矿井的采出率，并且改善矿，缓解采掘接替紧张的问题，暖泉煤业拟在 10107 综放工作面运输顺槽进根据采掘接替情况，并且考虑工作面运料、行人等要求，10107 运输顺槽为 10109 工作面轨道顺槽使用。质力学参数测定及围岩钻孔窥视分析围岩钻孔窥视分析了更加详细的了解暖泉煤业 10 号煤顶板的赋存状况，掌握其内部的节理及煤岩层厚度等变化，项目组成员采用围岩钻孔窥视仪（如图 4-1）对 10分顶板进行围岩钻孔窥视。详细方案如下：在 10107 运输顺槽距离顺槽口 个用于窥视的钻孔，窥视深度为 15~20m，本次窥视有效深度为 18m，图视图像的展开结果。

质力学参数测定及分析体地质力学参数是进行工程设计及数值模拟计算中十分重要的一部分中，对数值模型进行较为精准的地质力学参数的赋值，可以最大限度力学环境，得出较为准确的数值计算结果。能够全面掌握 10 号煤层顶底板岩层岩石力学特性，本次采用 WQCZ-道围岩强度测定装置（如图 4-3），对 10 号煤层围岩强度进行原位测测试共布置 1 个测点，围岩强度测试所用钻孔与 10107 运输顺槽的顶行进行钻孔窥视后再进行围岩强度的测试。现场测试结束后，对测试析和换算后，得到暖泉煤业 10 号煤层及顶板岩层强度分布情况。根岩层的平均强度，并结合钻孔窥视结果，得出各个钻孔的岩性及强度板围岩强度测试结果分别呈现于表 4-1 和图 4-4 中，由图表中数据可整体强度较小。

图 4-4 10107 运输顺槽顶板围岩强度测试曲线图Figure 4-4 Test curve of the surrounding rock strength of the 10107 transport chann以上钻孔窥视及围岩强度测试数据以及矿方提供地质资料，经过分析计算，得出 10 号煤顶底板岩层及其力学参数如表 4-2 所示。表 4-2 10 号煤顶底板岩层力学参数表Table 4-2 Mechanical parameters of the top and bottom rock formations of No. 1容重（N/cm）抗拉强度(Mpa)抗压强度（Mpa）内摩擦角（°）内聚力（Mpa）弹性模量（Gpa） 12.50 1.2 13.69 21.27 2.12 1.47 25.00 1.98 14.33 28.66 6.72 4.78 25.28 2.68 24.07 9.84 9.66 5.89 25.20 2.03 19.49 28.66 6.41 4.78 25.14 1.86 17.71 25.69 3.45 3.64 12.50 1.2 11.43 21.27 2.12 1.47
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本文编号：2880509