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《河北工程大学》 2017年
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深部开采薄煤层坚硬顶板控制技术应用与研究

秦玄烨  
【摘要】:峰峰集团九龙矿15445工作面是薄煤层坚硬顶板工作面,其所面临的顶板管理困难,煤炭开采比较复杂的问题是我国目前煤炭行业研究的重点。因此,对于其矿压规律的研究,希望为后期类似条件的煤矿进行安全开采提供参考。九龙矿2#煤厚约5.9米,赋存条件较好,是该矿的主采煤层。鉴于其瓦斯含量严重超标,该矿计划将其下覆煤层4#煤作为保护层率先开采,以期能够安全采出上覆大煤。在利用理论分析法、相似材料模拟法、数值模拟法等研究手段的基础上,对大采深工作面坚硬顶板的控制技术理论进行研究,构建出与薄煤层坚硬顶板相适合的防护控顶理论体系和方法。第一,通过理论分析法,对15445工作面作为保护层进行可行性验证,同时对工作面上覆岩层的矿压规律进行理论研究。第二,通过相似材料模拟法,对15445工作面顶板的矿压及运动规律进行研究,实验得出其上覆岩层沉降变形特征以及岩层破断特征。第三,通过FLAC3D软件建立15445工作面数值模型,研究其开采工程中上覆岩层的应力分布和集中情况,实为研究工作面回采过程中上部岩层受采动影响的变化,并分析之应力集中区域和数值大小的变化规律,为后期顶板管理提供参考。第四,针对15445工作面顶板坚硬难垮落的特点,对其顶板实施预裂爆破释放顶板压力,以达到顶板碎化、弱化的效果,使开采安全性提高,后期开采大煤时,瓦斯释放效果更加显著。
【关键词】:薄煤层 坚硬顶板 相似模拟 数值模拟 爆破弱化
【学位授予单位】:河北工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD327.2
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-16
  • 1.1 研究背景及意义10-11
  • 1.2 国内外研究现状11-14
  • 1.2.1 关于保护层开采理论的研究现状11-12
  • 1.2.2 关于采煤工作面上覆岩层的结构与控制的研究现状12
  • 1.2.3 覆岩结构稳定性的研究现状12-14
  • 1.3 技术路线和研究内容14-16
  • 1.3.1 技术路线14
  • 1.3.2 研究内容14-16
  • 第2章 煤矿地质概况与保护层开采可行性分析16-31
  • 2.1 矿井概况16-18
  • 2.1.1 工作面概况16-18
  • 2.2 工作面巷道布置与回采工艺18-19
  • 2.2.1 采煤方法18
  • 2.2.2 回采工艺18
  • 2.2.3 巷道布置18-19
  • 2.3 工作面基本条件19-21
  • 2.4 保护层开采理论21-29
  • 2.4.1 保护层的选择及可行性分析21-22
  • 2.4.2 保护层工作面开采工艺22
  • 2.4.3 理论保护范围的划定22-27
  • 2.4.4 工作面覆岩关键层的确定27-29
  • 2.5 本章小结29-31
  • 第3章 保护层工作面矿压规律研究31-45
  • 3.1 工作面顶板管理31-35
  • 3.1.1 采场矿压参数31
  • 3.1.2 工作面支架的选择与布置31-33
  • 3.1.3 支架使用要求33-34
  • 3.1.4 底板管理要求34
  • 3.1.5 支架质量要求34-35
  • 3.2 野青顶板岩层结构分析35-38
  • 3.2.1 15445 工作面概况35
  • 3.2.2 野青顶板岩层结构35-38
  • 3.3 保护层工作面覆岩移动规律及矿压分析38-40
  • 3.3.1 采场上覆岩层“三带”划分38-39
  • 3.3.2 工作面覆岩离层矿压特性分析39
  • 3.3.3 保护层工作面上覆岩层破坏形式及矿压特性研究分析39-40
  • 3.4 保护层工作面覆岩矿压规律研究与分析40-44
  • 3.4.1“砌体梁”结构的矿压分析40-42
  • 3.4.2 保护层工作面矿压受关键层影响分析42-43
  • 3.4.3 保护层工作面裂隙带及垮落带研究43-44
  • 3.5 本章小结44-45
  • 第4章 相似模拟实验研究45-61
  • 4.1 相似材料模拟实验基本原理45-47
  • 4.2 试验设计47-50
  • 4.2.1 相似常数选取47
  • 4.2.2 相似材料的选取47-50
  • 4.3 模型制作50-52
  • 4.3.1 加压系统50-51
  • 4.3.2 工作面开采后上覆岩层移动变形研究51-52
  • 4.4 相似模拟实验过程及结果分析52-58
  • 4.4.1 相似模拟实验过程52-56
  • 4.4.2 开采时工作面上覆岩层沉降分析56-58
  • 4.5 本章小结58-61
  • 第5章 保护层工作面开采过程数值模拟研究61-69
  • 5.1 数值模型的建立61-63
  • 5.1.1 模型范围的确定61-62
  • 5.1.2 模型参数62-63
  • 5.2 数值模拟方案63-64
  • 5.3 数值模拟结果及分析64-68
  • 5.3.1 保护层工作面开采前 70m模拟结果64-65
  • 5.3.2 保护层工作面开采 70m后模拟结果65-68
  • 5.3.3 数值模拟结果分析68
  • 5.4 本章小结68-69
  • 第6章 15445 工作面矿压显现规律现场实测与研究69-77
  • 6.1 矿压监测过程69-72
  • 6.1.1 监测目的69-70
  • 6.1.2 采煤工作面矿压监测70
  • 6.1.3 超前支承压力监测70-72
  • 6.2 监测结果分析72-76
  • 6.2.1 支架工作阻力显现规律研究72-75
  • 6.2.2 煤体超前支承压力实测75-76
  • 6.3 本章小结76-77
  • 第7章 薄煤层开采工业性实验77-83
  • 7.1 切顶卸压技术简述77-78
  • 7.2 切顶卸压技术现场实施方案78-79
  • 7.3 切顶卸压技术要点79-80
  • 7.4 本章小结与分析80-83
  • 第8章 结论与展望83-86
  • 8.1 主要结论83-84
  • 8.2 展望84-86
  • 致谢86-88
  • 参考文献88-91
  • 个人简介91
  • 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果91-92

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