石灰岩顶板沿空留巷机理及参数研究

发布时间：2017-08-28 22:30

  本文关键词：石灰岩顶板沿空留巷机理及参数研究

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【摘要】：坚硬顶板在我国分布广泛。石灰岩作为一种典型坚硬顶板,具有较高抗拉强度,另外其韧性好、难断裂。在工作面回采过程中,石灰岩顶板易“悬而不落”,安全隐患多。沿空留巷技术是我国煤炭开采的一个重要方向,其在提高煤炭回收率、降低巷道掘进率等方面具有诸多优点。本文以石灰岩顶板为研究背景,研究该条件下实施沿空留巷技术的机理,为确定沿空留巷各项技术参数提供依据,在确保留巷成功的前提下,降低留巷成本,同时为其他矿井在石灰岩顶板条件下实施沿空留巷技术提供借鉴。首先以石灰岩顶板是否发生断裂为依据,将顶板运动划分为顶板发生破断,出现周期来压和顶板未发生贯穿性破断,出现缓慢下沉两种情况。对两种情况下石灰岩顶板沿空留巷顶板活动规律进行研究。其次,分别利用“叠加层板”理论和“弹性基础板”理论,建立石灰岩顶板沿空留巷两种力学模型,对两种情况下沿空留巷支护—围岩作用机理进行系统分析,并对两种情况下巷旁支护体各项参数进行理论计算。然后,将石灰岩顶板达到其极限跨距时最大挠曲量与石灰岩顶板下部自由空间量进行比较,从而对石灰岩顶板是否发生破断进行判定。之后,以显德汪矿1493工作面石灰岩顶板为施工背景,判断其大青灰岩属缓慢下沉运动形式。通过经济比较,确定了充填包体架设在巷道内,另外在充填体一侧进行掘巷的沿空留巷方案,并对巷道支护方案进行优化。最后,通过数值模拟,对沿空留巷方案及参数进行预测验证,结果表明,该沿空留巷方案及参数合理可行,能够确保留巷顺利实现。
【关键词】：石灰岩 坚硬顶板 沿空留巷 机理 参数优化
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-15
• 1.1 项目背景及研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2.1 采场覆岩活动规律研究综述12
• 1.2.2 沿空留巷覆岩活动规律研究综述12-13
• 1.2.3 沿空留巷巷旁支护阻力研究综述13
• 1.2.4 存在的主要问题13
• 1.3 本论文研究的主要内容、方法及技术路线13-15
• 第2章 石灰岩顶板沿空留巷顶板活动规律15-21
• 2.1 采场覆岩运动规律理论15-16
• 2.2 石灰岩顶板发生破断的结构形式及规律16-18
• 2.3 石灰岩顶板发生破断时围岩活动分期规律及特征18-19
• 2.4 石灰岩顶板未发生破断的运动形式及规律19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第3章 石灰岩顶板沿空留巷支护-围岩作用机理21-47
• 3.1 石灰岩顶板发生破断时沿空留巷力学模型21-22
• 3.2 石灰岩顶板未发生破断时沿空留巷力学模型22
• 3.3 石灰岩顶板破断时沿空留巷支护-围岩作用机理22-35
• 3.3.1 顶板运动前期力学模型与支护-围岩作用关系22-28
• 3.3.2 顶板运动过渡期力学模型与支护阻力计算28-32
• 3.3.3 顶板运动后期支护阻力计算32-33
• 3.3.4 巷旁支护体对沿空留巷顶板下沉的影响33-35
• 3.4 石灰岩顶板未破断时沿空留巷支护-围岩作用机理35-40
• 3.4.1 石灰岩顶板变形曲线分析35-37
• 3.4.2 巷旁支护体区石灰岩顶板弯曲变形特征37
• 3.4.3 采空区石灰岩顶板弯曲变形特征37-38
• 3.4.4 巷旁支护体支护阻力与顶板下沉的关系38-39
• 3.4.5 巷旁支护体支护阻力对顶板下沉的作用39-40
• 3.5 石灰岩顶板破断判定条件40-42
• 3.5.1 石灰岩顶板达到极限跨距时最大挠曲量41-42
• 3.5.2 石灰岩顶板下部自由空间42
• 3.5.3 石灰岩顶板破断判定42
• 3.6 石灰岩顶板沿空留巷巷旁支护其他参数的确定42-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第4章 显德汪矿石灰岩顶板沿空留巷技术研究47-67
• 4.1 采区概况及地质特征47-48
• 4.1.1 采区位置、范围及边界47
• 4.1.2 水文地质情况47
• 4.1.3 工作面地质条件47-48
• 4.1.4 地质构造特征48
• 4.2 工作面生产技术条件48-49
• 4.2.1 工作面巷道布置48
• 4.2.2 巷道支护设计及工程量48-49
• 4.3 沿空留巷技术实施必要性49
• 4.4 1493工作面大青灰岩顶板破断判定49-51
• 4.4.1 1493工作面大青灰岩达到极限跨距时最大挠曲量50
• 4.4.2 1493工作面大青灰岩下部自由空间50-51
• 4.4.3 大青灰岩顶板破断判定51
• 4.5 1493工作面沿空留巷参数确定51-59
• 4.5.1 1493工作面巷旁支护体材料的选择51-52
• 4.5.2 充填硐室选择以及充填设备布置52-53
• 4.5.3 充填体的几何形状及尺寸确定53-54
• 4.5.4 充填体位置的确定54-57
• 4.5.5 沿空留巷超前支护设计57-58
• 4.5.6 断层区域（巷道高度异常区域）顶板支护设计58-59
• 4.5.7 坡度较大区域沿空留巷支护设计59
• 4.6 1493工作面沿空留巷成本计算59-64
• 4.6.1 沿空留巷煤柱回收及节约打钻费用计算60
• 4.6.2 沿空留巷费用计算60-64
• 4.7 1493工作面沿空留巷矿压监测64-65
• 4.7.1 矿压监测内容64-65
• 4.7.2 测站位置65
• 4.8 本章小结65-67
• 第5章 石灰岩顶板沿空留巷数值模拟研究67-74
• 5.1 FLAC~(3D)基本介绍67
• 5.2 1493工作面沿空留巷效果数值模拟预测67-72
• 5.2.1 数值分析模型67-68
• 5.2.2 生成原始应力场68-69
• 5.2.3 巷道开挖及支护模拟分析69-70
• 5.2.4 煤层回采及留巷模拟分析70-72
• 5.3 本章小结72-74
• 第6章 结论与展望74-76
• 6.1 主要结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 作者简介81
• 攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况81-83

【参考文献】

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本文编号：749855