采空区下近距离煤层综采工作面覆岩结构特征与支架载荷研究

发布时间：2017-06-02 13:16

  本文关键词：采空区下近距离煤层综采工作面覆岩结构特征与支架载荷研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近距离煤层在我国广泛分布,大部分矿区都存在近距离煤层开采问题。随着综合机械化设备、放顶煤和大采高等高产高效技术的推广应用,大部分矿区赋存条件“优越”的煤层储量越来越少,矿井服务年限缩短,这促使近距离煤层的开采问题迅速进入人们的视野,并得到高度重视。 随着煤层层间距的减小,相邻煤层开采的相互影响逐渐增大,层间距小到一定程度时,下层煤开采前其顶板完整程度已受上层煤开采的损伤影响,使得下层煤顶板结构和应力环境发生改变,与单一煤层开采相比,下层煤开采会出现许多新的矿山压力现象,如极易造成工作面顶板冒、漏事故和支架压架等。但是国内外目前对采空区下近距离煤层开采研究成果甚少,因此,要保持上述矿区的高产高效和可持续发展,就必须进行近距离煤层开采相关问题的研究。 采空区下近距离煤层开采已有研究成果主要集中在下层煤开采工作面矿压显现规律分析及以避开煤柱集中应力为出发点进行下层煤巷道合理位置的选择和围岩控制等方面,而对于采空区下近距离煤层综采工作面覆岩结构及支架载荷的确定等问题尚无系统研究,造成工作面维护困难,采掘接替紧张和煤炭严重丢失等。 本文以采空区下近距离煤层工作面开采为研究对象,通过理论分析、UDEC数值模拟和现场观测等方法,对采空区下近距离煤层综采工作面四种覆岩结构及其垮落特征、支架承载特征和支架合理载荷的确定进行系统的研究。研究内容如下： (1)通过理论分析、UDEC数值模拟,按支架承受上覆岩层情况,将采空区下近距离煤层综采工作面上覆岩层划分为“直接顶岩层+垮落带岩层"结构、“直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层"结构、“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”结构和“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构形式,分析四种结构形式的垮落特征和支架承载特征。通过其垮落特征的研究为采空区下近距离煤层综采工作面支架合理载荷的确定提供理论依据。 (2)依次对采空区下近距离煤层综采工作面“直接顶岩层+垮落带岩层”结构、“直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构、“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”结构和“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构进行静载荷与动载荷分析,提出四种结构支架合理载荷的确定方法。 (3)现场工程应用。根据嘉乐泉矿9101工作面实际地质条件,确定其上覆岩层为“直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”结构,理论计算支架工作阻力为3893.9～4264.8kN/架,实际生产中选用ZY4000～13/28型支架,采用现场实测数据,通过理论计算所得工作阻力为3676.3～4026.5kN/架。现场矿压实测9101工作面实测来压期间支架最大工作阻力与平均工作阻力分别为4626kN/架和3605kN/架,说明ZY4000-13/28型支架的额定工作阻力4000kN·架-1是可行的。
【关键词】：采空区下 近距离煤层 覆岩结构 支架载荷 udec
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TD323;TD35
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 引言10-11
• 1.2 采空区下近距离煤层工作面开采国内外研究与应用现状11-19
• 1.2.1 采空区下近距离煤层开采覆岩结构理论的研究现状11-15
• 1.2.2 采空区下近距离煤层开采液压支架合理载荷确定的研究现状15-19
• 1.3 采空区下近距离煤层开采存在的主要问题19-20
• 1.4 研究的内容和方法20-22
• 第二章 采空区下近距离煤层综采工作面四种覆岩结构及其特征的数值模拟研究22-42
• 2.1 概述22
• 2.2 近距离煤层开采工作面上覆岩层结构类型22-23
• 2.3 采空区下近距离煤层综采工作面覆岩结构的数值模型建立23-26
• 2.3.1 软件介绍23-24
• 2.3.2 数值模型方案设计24
• 2.3.3 数值模型的建立24-26
• 2.4 开采上层煤上覆岩层结构分析26-29
• 2.5 “直接顶岩层+垮落带岩层”结构分析29-32
• 2.6 “直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构分析32-35
• 2.7 “直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”结构分析35-38
• 2.8 “直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构分析38-40
• 2.9 垮落带与裂隙带高度的确定40-41
• 2.10 小结41-42
• 第三章 采空区下近距离煤层综采工作面支架载荷的确定42-56
• 3.1 引言42
• 3.2 “直接顶岩层+垮落带岩层”结构支架合理载荷的确定42-47
• 3.2.1 直接顶载荷确定43-44
• 3.2.2 自然平衡拱内矸石的重量确定44-47
• 3.3 “直接顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构支架合理载荷的确定47-49
• 3.4 “直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层”结构支架合理载荷的确定49-51
• 3.5 “直接顶岩层+基本顶岩层+垮落带岩层+裂隙带岩层”结构支架载荷确定51-52
• 3.6 小结52-56
• 第四章 嘉乐泉矿9101工作面支架载荷确定及其矿压实测分析56-70
• 4.1 工作面简介56-61
• 4.1.1 9101工作面概况56-58
• 4.1.2 主要开采技术参数58
• 4.1.3 支架工作阻力确定58-60
• 4.1.4 支架选型60-61
• 4.2 支架工作阻力的实测与分析61-68
• 4.2.1 支架监测点布置61-62
• 4.2.2 监测结果及分析62-65
• 4.2.3 来压特征分析65-68
• 4.3 小结68-70
• 第五章 结论与展望70-72
• 5.1 主要结论70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-80
• 攻读硕士期间发表的学术论文80

【参考文献】

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1 刘少伟;郑新旺;张辉;张伟光;董世举;;采高对下层煤回采巷道稳定性影响分析[J];河南理工大学学报(自然科学版);2010年06期

2 康全玉,刘明举,李化敏,翟新献;多煤层采区岩层移动相似材料的模拟研究[J];焦作工学院学报;1999年02期

3 钱鸣高;缪协兴;许家林;曹胜根;;论科学采矿[J];采矿与安全工程学报;2008年01期

4 钱鸣高，张顶立，，黎良杰，康立勋，许家林;砌体梁的“S－R”稳定及其应用[J];矿山压力与顶板管理;1994年03期

5 薛广哲;任博玲;冯宇峰;;近距离煤层下层煤顶板结构力学分析[J];煤矿安全;2011年02期

6 张胜云;何峰;;近距离下煤层安全开采矿压监测[J];煤矿安全;2012年02期

7 侯多茂;;近距离煤层开采时矿压显现规律[J];煤矿开采;2007年06期

8 邓雪杰;殷伟;张强;安百富;;近距离煤层下行开采矿压显现规律相似模拟研究[J];煤矿开采;2011年03期

9 张伟;;近距离煤层采空区下综采工作面矿压显现规律[J];煤矿开采;2011年06期

10 张随喜;张东升;王旭锋;张国红;;曹村矿近距离煤层群下位煤层巷道布置分析[J];煤炭工程;2012年01期

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1 张百胜;极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究[D];太原理工大学;2008年

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本文编号：415433