复采工作面矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究

发布时间：2017-07-17 22:31

  本文关键词：复采工作面矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究

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【摘要】：对旧采残留煤柱进行合理有效的复采,既是实现我国煤炭可持续发展的重要途径,又切实解决了当前煤矿资源回收率低的问题,延长了矿井的服务年限,具有重要的的社会意义和经济价值。本文以圣华煤业1301复采工作面为工程背景,基于现场调研和地质资料,对复采工作面冒顶区进行分类,通过相似模拟实验、理论研究及现场实测,分析得出复采工作面矿压显现规律及过冒顶区顶板的断裂特征。具体研究的内容与结论如下:1、通过现场调研归纳了旧采冒顶区的六种类型:沿底留顶煤层垮落型冒顶区,沿底留顶煤及直接顶垮落型冒顶区,沿底留顶全部垮落型高冒区,沿中留底煤层垮落型冒顶区,沿中留底落煤及直接顶垮落型冒顶区,沿中留底全部垮落型高冒区。2、相似模拟实验研究表明:①复采工作面推进至距冒顶区一定距离时,上方基本顶容易沿冒顶区前方煤柱边缘形成高厚度、长跨距的超前大断裂;②复采工作面周期来压呈现不规律的特点,其中过冒顶区时形成的超前大断裂对采场来压影响较大,模拟实验中各次周期来压步距分布为9.2m~25m,来压强度分布为8508KN~16200KN,顶板冒高分布为24.3m~32.8m,超前大断裂引起的第二次周期来压强度为16200KN,是初采时的3.21倍,实际回采时应提前做好支护措施;③复采工作面支架的工作阻力随着其与冒顶区距离的减小而上升,峰值出现在中间煤柱完全破坏或工作面与冒顶区贯通处,其数值随冒顶区跨度的增加而增大,工作面在通过冒顶区时,由于顶煤未能与支架顶梁完全压实,工作阻力随之降低。3、分析复采工作面过冒顶区顶板断裂的力学模型可知:冒顶区的存在弱化了矿山压力沿悬臂梁传递的效果,基本顶极易在冒顶区上方提前断裂,形成超长的岩块,支架将受到更多载荷,处于危险状态。基于上述理论分析,本文通过理论推导分别得出复采工作面过冒顶区支架工作阻力的计算方法以及基本顶关键岩块不发生失稳的条件,为实际复采工作面安全通过冒顶区提供理论依据。4、现场实测得出复采工作面矿压显现规律如下:①复采工作面顶板可能出现超前断裂,致使断裂后的顶板沿工作面前方下切,使支架前柱受力加大,造成液压支架偏载现象严重且分布不均匀,实测中支架后柱初撑力为前柱的20.4%,后柱的工作阻力仅为前柱的13.8%;②复采工作面顶板来压不规律,基于前后柱受力不均且后柱受力多数为零这一现象,提出以支架后柱受力突变作为顶板来压的判别标准,并得出各测线周期来压步距最小7.2m,最大17.2m,平均12.4m;③沿工作面方向,液压支架处于不同围岩条件下,工作阻力均呈现为中部大,端头小的特点;④复采工作面支架推进至冒顶区前2~7m支架工作阻力明显增大,而且增大的范围与冒顶区的宽度呈正相关的关系,进入冒顶区时支架工作阻力显著降低。
【关键词】：残煤复采 相似模拟 矿压显现 断裂特征
【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
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及研究意义10
• 1.2 国内外残煤复采的研究现状及存在问题10-13
• 1.2.1 国外残煤复采的研究现状10-11
• 1.2.2 国内残煤复采的研究现状11-13
• 1.2.3 目前研究存在的问题13
• 1.3 研究的主要内容及研究路线13-16
• 1.3.1 主要研究内容13-14
• 1.3.2 研究方法及技术路线14-16
• 第二章 圣华煤业1301复采工作面概况及开采条件16-26
• 2.1 矿井概况及煤层赋存特征16-19
• 2.1.1 旧采区资源分布16-18
• 2.1.2 其他开采技术条件18
• 2.1.3 1301复采工作面概况18-19
• 2.2 旧采冒顶区类型19-21
• 2.3 3#煤层及其顶板煤岩力学参数测定21-25
• 2.3.1 煤、岩样采集21-22
• 2.3.2 3#煤及其顶板岩层柱状图22-25
• 2.3.3 煤岩力学参数测定结果25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 复采采场矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究26-48
• 3.1 物理相似模拟方案26-30
• 3.1.1 相似比的确定26-27
• 3.1.2 实验设备及其参数27-30
• 3.1.3 模型的制作30
• 3.2 实验过程30-32
• 3.3 相似模拟的结果与分析32-39
• 3.3.1 复采工作面顶板断裂垮落特征32-33
• 3.3.2 冒顶区对顶板断裂形态的影响33-34
• 3.3.3 复采工作面顶板运移规律34-36
• 3.3.4 复采工作面支架的受力分析36-39
• 3.4 复采工作面顶板断裂特征的力学分析39-45
• 3.4.1 顶板断裂特征39
• 3.4.2 顶板断裂时支架工作阻力的确定39-41
• 3.4.3 顶板关键块失稳机理41-45
• 3.5 本章小结45-48
• 第四章 1301复采工作面矿压实测及分析48-72
• 4.1 概况48-49
• 4.1.1 1301复采工作面采煤方法及设备48-49
• 4.1.2 矿压观测站（线、点）的布置及设备49
• 4.2 采场矿压显现规律观测结果及分析49-69
• 4.2.1 复采工作面支架的受力特性50-55
• 4.2.2 复采工作面来压特征55-58
• 4.2.3 支架对顶板的适应性分析58-61
• 4.2.4 复采工作面过冒顶区支架的阻力特性分析61-69
• 4.3 本章小结69-72
• 第五章 结论与展望72-76
• 5.1 结论72-74
• 5.2 不足与展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 附录A：攻读硕士学位期间发表的学术论文82
• 附录B：攻读硕士学位期间参与的科研项目82

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本文编号：554944