大采高长工作面采场覆岩运动和支架—围岩系统动态控制研究

发布时间：2017-12-23 14:09

本文关键词：大采高长工作面采场覆岩运动和支架—围岩系统动态控制研究　出处：《安徽理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：大采高长工作面开采技术由于其具有煤炭资源回收率高、作业条件好、改善煤炭质量、实现高产高效等优点,近年来随着煤矿设备装配能力的提高,大采高长工作面在生产实践中逐渐得到应用。但由于采高增大,采面加长,也给围岩控制带来了困难。因此,本文通过理论分析、模拟试验和现场实验等手段,分别从大采高长工作面采场围岩活动机理、围岩应力分布规律、顶板结构及运动规律、支架-围岩系统动态关系、支架适应性分析等几个方面,比较系统的研究了大采高长工作面采场覆岩运动规律和支架围岩系统动态控制技术,为大采高长工作面技术的进一步推广和应用提供参考依据。论文取得了如下主要成果：(1)建立了大采高长综采工作面采场围岩整体力学模型,讨论了基本顶初次破断、周期断裂的顶板下沉及围岩应力分布,确定了顶板下沉的挠曲面方程,获得了顶板最大下沉点,并建立了顶板的应力表达式。随着工作面长度增加,长工作面超前支承压力集中峰值增加,其应力峰值位置相应向煤体内部转移；而开采高度对侧向实体煤内的应力分布没有明显影响。(2)采场支架与围岩的关系体现了围岩运动规律与支架的性能、结构间的适应性及相互间的影响；支撑系统的稳定性,取决于支架-直接顶体系的稳定性。顶板下沉量与支架工作阻力呈近似双曲线关系；直接顶岩性较软或者破碎,顶板下沉量较小,基本顶给定变形被直接顶吸收。(3)随着采高和工作面长度增加,原有的上覆结构破坏,可能成为垮落带的一部分；结合2-508大采高长综采工作面工程背景,利用关键层理论和采场上覆岩层组成及岩性参数,筛选出C3、C7、C16等岩层为关键层,分别计算各层载荷、破断距。(4)对于大采高长工作面,随工作面支护阻力增加,剪应力集中区域逐渐减小,应力集中程度降低,应力范围扩大到整个控顶区上方,但当支护阻力达到某一值后,对改善应力集中效果不明显；当初撑力较低时,增加初撑力对降低顶板下沉有显著作用,随着初撑力的增加,顶板下沉量逐渐减小,但减小的速度越来越小。(5)采场顶板失稳的主要影响因素有：梁端距、工作阻力、立柱倾角、老顶来压与否、直接顶总厚度。随着梁端距的增加,冒落拱参数(冒高和片帮深度)都不断增大,呈非线性关系；梁端距应控制在0.6m以下,即能防止煤壁片帮又能控制端部冒落。支架的工作阻力和顶板下沉量之间呈近似双曲线关系,支架的水平阻力应不小于280KN,支架的工作阻力应不小于7600KN。支架立柱倾角应控制在80°左右。(6)长工作面与普通工作面矿压实测对比分析表明,基本顶初次垮落步距范围更加呈不一致性,范围更大,动载系数也不统一；周期来压步距短,压力显现不强烈,动载荷系数小,长工作面支架主要承受静载荷作用；长工作面来压步距长度依次为：机头部分最长,其次为机尾部分,工作面中部最短,工作面来压步距沿倾向分布不对称现象明显,即来压不同步。(7)通过建立顶板控制力学模型,利用理论计算对2-508工作面支架阻力进行分析,按支架结构进行了验算；通过工业实验,表明2-508工作面支架的额定工作阻力有较大的富余系数。根据工作面在线监测数据分析支架工作阻力呈正态分布状态,沿着工作面长度方向中部支架平均压力均大于两端支架压力,机尾处均低于机头；工作面长度增加,顶板压力显著增大。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD355

【参考文献】