大海则煤矿大采高综采技术适应性研究

发布时间：2017-08-11 21:24

  本文关键词：大海则煤矿大采高综采技术适应性研究

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【摘要】：煤炭工业是我国国民经济的重要支柱产业之一,在今后较长时期内煤炭在我国能源结构中仍占主要地位。随着煤矿机械化开采程度的不断提高,采用大采高综采技术开采厚煤层不但可以大大提高生产工效,而且还可以大大提高煤炭回采率。但是在采用该方法时,常常会发生回采工作面煤壁片帮、端面冒顶现象,严重影响煤矿的安全生产。因此,开展近水平厚煤层大采高综采工作面围岩控制理论与防控技术研究,不仅可为今后大采高开采工作面提供防治煤壁片帮冒顶的科学依据,同时还可丰富和拓展矿山压力控制理论,进一步提高灾害防治水平。论文以中煤集团公司大海则煤矿的煤层地质特征与生产实际情况为基础,综合采用文献查询、现场测试、实验室模拟、理论分析、数值计算与现场应用方法,系统分析了该矿2#煤层采用大采高综采技术的适应性和可行性。首先,根据大采高工作面特性,通过综合考虑煤层地质条件、回采技术、安全技术及经济社会效益等各个方面,基于层次分析法建立了大采高煤层开采方案选择的指标评价体系,并对指标体系中各种影响因素的权重进行了合理分配;应用模糊数学和矩阵分析理论,建立了模糊综合评判模型；再利用MATLAB软件,通过程序编译求解指标评价体系中相关指标权重。根据现场实际情况,利用该评价模型,通过对厚煤层综放开采、大采高综放及大采高综采技术进行开采方案评价与分析,确定大海则煤矿2#煤层采用大采高综采技术最为合理。其次,通过现场观测和理论分析,对大采高综采工作面围岩稳定性进行研究,探讨了松软煤体和脆性煤壁的片帮机理,以及设备可靠性对其影响的各种因素。同时,基于煤岩物理力学参数测试与分析,建立了大采高煤壁片帮力学模型,深入分析了大采高工作面煤壁片帮深度与矿压强度之间的相互关系。在充分考虑煤壁片帮修正系数基础之上,建立了大采高工作面煤壁片帮程度的预测模型,并确定出大海则矿2#煤层大采高综采工作面煤壁片帮位置为距顶板2.67m处、片帮深度范围为2.0-2.61m。再次,通过理论分析,建立了大采高工作面支架—煤岩力学模型,掌握大采高工作面初次来压、周期来压规律。大海则煤矿大采高工作面推进40-60m范围内基本顶会发生初次来压,顶板冒落带高度可达69m,裂隙带高度可达118m。基本顶初次来压过后,煤壁前方6-7m位置处始终存在应力集中,此范围会出现较明显的煤壁片帮,当工作面推进了260-320m时,地表进入了充分采动阶段。最后,通过理论分析、矿压观测、相似模拟及与同类型矿井比较,确定出了大海则大采高综采工作面技术参数：采煤机截深确定为865mm,工作面走向长度7000m,工作面长度320m,可以实现年产1350万t。同时,计算出了工作面推进中支架的支护阻力。根据顶板下沉量和支架主动卸载量,确定了大海则煤矿大采高综采工作面的采煤机、刮板输送机、液压支架及相关配套设备参数。通过方案实施和所选设备的应用,实现了大海则煤矿大采高综采工作面的安全回采,并取得良好的经济和社会效益。
【关键词】：大采高综采技术 矿压显现规律 模糊综合评判 片帮机理特性 回采工艺 设备选型 数值计算
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD823.97
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 引言13-30
• 1.1 论文研究的背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-26
• 1.2.1 大采高综采技术发展现状14-16
• 1.2.2 大采高工作面支架围岩研究现状16
• 1.2.3 大采高工作面煤壁片帮研究现状16-18
• 1.2.4 大采高综采工作面矿压显现规律研究现状18
• 1.2.5 大采高综采装备发展现状18-22
• 1.2.6 国内主要大采高综采矿井22-26
• 1.3 大采高综采的发展趋势及存在的主要问题26-27
• 1.4 主要研究内容27-28
• 1.5 研究方法及技术路线28-29
• 1.6 本章小结29-30
• 2 大海则矿大采高开采煤层的适应条件30-54
• 2.1 大海则矿矿井概况30
• 2.2 大海则矿煤岩体参数分析30-34
• 2.2.1 物理力学参数测试30-31
• 2.2.2 大海则煤样参数31-33
• 2.2.3 补勘钻孔煤样参数33-34
• 2.2.4 煤岩力学参数分析34
• 2.3 开采煤层条件34-39
• 2.3.1 开采煤层特性35-38
• 2.3.2 开采煤层顶底板岩性38-39
• 2.4 大采高开采技术适应性39-42
• 2.5 大采高开采煤层条件的判断准则42-53
• 2.5.1 开采方法评价指标体系45-46
• 2.5.2 基于层次分析法因素权重的确定46-50
• 2.5.3 大采高开采煤层条件的模糊评价50-53
• 2.6 本章小结53-54
• 3 大采高开采工作面煤壁片帮机理特性54-89
• 3.1 大采高开采煤壁片帮原因和危害54-57
• 3.1.1 大采高开采煤壁片帮原因54-55
• 3.1.2 大采高工作面煤壁片帮形式55-57
• 3.1.3 大采高工作面煤壁片帮危害57
• 3.2 大采高开采煤壁片帮力学模型57-64
• 3.2.1 煤壁片帮力学模型建立57-58
• 3.2.2 煤壁片帮力学模型分析58-64
• 3.3 大采高开采煤层工作面片帮机理研究64-76
• 3.3.1 松软煤层片帮机理64-65
• 3.3.2 脆性煤层工作面片帮机理和影响因素分析65-70
• 3.3.3 脆性煤层工作面片帮数值模拟研究70-74
• 3.3.4 综采工作面煤壁片帮深度研究74-76
• 3.4 大采高开采煤层工作面劣度分析76-83
• 3.4.1 大采高综采开采煤层片帮程度分析76-77
• 3.4.2 煤壁片帮块度分析77-81
• 3.4.3 保持煤壁稳定性的条件81-83
• 3.5 大采高工作面煤壁塑性区应力分布83-86
• 3.6 大采高开采煤壁片帮防控技术86-88
• 3.6.1 开采煤层煤壁片帮控制技术86-87
• 3.6.2 开采煤层煤壁片帮预防措施87-88
• 3.7 本章小结88-89
• 4 大采高工作面矿压显现规律89-104
• 4.1 大采高工作面矿压观测及分析89-92
• 4.1.1 初采期间矿压显现规律89-90
• 4.1.2 开采中期工作面周期来压步距规律分析90-92
• 4.2 大采高工作面支架—煤岩力学模型92-94
• 4.2.1 模型建立的理论基础92
• 4.2.2 力学模型的建立依据92-93
• 4.2.3 力学模型的建立93-94
• 4.3 大采高工作面矿压显现数值模拟94-103
• 4.3.1 工作面矿压显现数学模型95-96
• 4.3.2 数值计算结果分析96-102
• 4.3.3 矿压显现结果分析102-103
• 4.4 其他制约因素分析103
• 4.5 本章小结103-104
• 5 大采高综采工作面参数确定104-114
• 5.1 综采面支架参数确定104
• 5.2 割煤高度确定104-105
• 5.3 采煤机截深确定105
• 5.4 工作面推进长度确定105-107
• 5.5 工作面长度及合理产量的确定107-113
• 5.5.1 理论产能分析107-108
• 5.5.2 按实测工效计算108-110
• 5.5.3 基于设备能力分析110-111
• 5.5.4 基于工作面矿压显现分析111-113
• 5.6 本章小结113-114
• 6 大采高综采工作面设备选型114-128
• 6.1 工作面液压支架选型114-123
• 6.1.1 支架选型的相似模拟研究114-117
• 6.1.2 支架类型选择117-119
• 6.1.3 液压支架工作阻力确定119-120
• 6.1.4 支架参数确定120-123
• 6.2 采煤机型号的合理确定123-125
• 6.3 刮板输送机/转载机和破碎机选型125-127
• 6.3.1 刮板输送机125
• 6.3.2 转载机125-126
• 6.3.3 破碎机选型126-127
• 6.4 本章小结127-128
• 7 结论128-131
• 7.1 主要结论128-129
• 7.2 创新点129
• 7.3 不足与展望129-131
• 参考文献131-143
• 作者简历及在学研究成果143-147
• 学位论文数据集147

【参考文献】

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1 王学军;钱学森;马立强;张炜;;厚煤层大采高全厚开采工艺研究与应用[J];采矿与安全工程学报;2009年02期

2 缪协兴，，钱鸣高;采场围岩整体结构与砌体梁力学模型[J];矿山压力与顶板管理;1995年Z1期

3 朱哲明;李元鑫;周志荣;冉旭;金昕星;;爆炸荷载下缺陷岩体的动态响应[J];岩石力学与工程学报;2011年06期

4 郑友刚;;特厚煤层综放开采地表减沉注浆综合技术[J];中国煤炭;2009年08期

本文编号：658297