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《太原理工大学》 2008年
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极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究

张百胜  
【摘要】: 由于成煤条件的不同,煤层的赋存条件各异。煤层厚度从零点几米到上百米,可采层数从一层到数十层,层间距离大小不等,有时还出现煤层局部合并或分岔现象。煤层层间距离不同,相互问开采的影响程度各异。当煤层层间距离较大时,上部煤层开采后对下部煤层的开采影响程度很小,其矿压显现规律,开采方法不受上部煤层开采影响。但是,随着煤层间距离减小,上下煤层间开采的相互影响程度会逐渐增大,特别是当煤层间距很近时,下部煤层开采前顶板的完整程度已受上部煤层开采损伤影响,其上又为上部煤层开采垮落的矸石,且上部煤层开采后残留的区段煤柱在底板形成的集中压力,导致下部煤层开采区域的顶板结构和应力环境发生变化。从而使下部煤层开采与单一煤层开采相比出现了许多新的矿山压力现象。主要表现在下部煤层开采时,极易发生顶板冒漏,严重时造成支架压埋;当与上部煤层采空区沟通,造成工作面漏风,易形成火灾隐患;巷道布置和支护方式盲目性较大,巷道的矿山压力显现十分明显,巷道支护困难。而现有单一煤层开采顶板岩层控制理论和经验,不能很好地解释这种矿压现象及机理。在极近距离煤层开采的过程中,存在许多技术难题。 在我国近距离煤层赋存和开采所占比重很大,大多矿区都存在近距离煤层群开采的问题。目前,单一煤层开采围岩活动规律和控制的理论和实践研究已经有了很大进展,然而对近距离煤层开采研究相对较少,特别是极近距离煤层的开采技术的系统研究更少,有关极近距离煤层开采研究主要是实践性和经验性的定性总结。 论文以大同矿区下组煤层群开采为主要研究对象,采用现场实测、理论分析、数值模拟计算和工业性试验等方法,对极近距离煤层的定义、极近距离煤层顶板分类、下部煤层开采矿山压力显现规律、工作面顶板控制,合理巷道位置及开采技术保障体系等几方面做了探索性研究。主要研究成果如下: (1)针对长壁工作面开采,运用弹塑性理论、滑移线场理论,结合上部煤层开采顶板垮落特点及应力分布规律推导出上部煤层底板损伤深度,给出了极近距离煤层的定义和判距。并结合大同矿区下组煤层群赋存和开采条件,进行极近距离煤层实例判别。 (2)确定了以屈服比作为极近距离下部煤层顶板分类主要指标,对极近距离煤层顶板进行了分类(夹石假顶、碎裂顶板、块裂顶板)。 (3)以大同矿区为例,通过现场实测和数值模拟分析的方法,揭示了极近距离下部煤层开采工作面矿压显现的基本特征和规律,为探讨极近距离下部煤层开采覆岩结构形式及采场围岩控制提供可靠的现实和理论基础。 (4)针对极近距离煤层开采时顶板的结构特点,构建了下部煤层开采为散体边界条件的“块体—散体”顶板结构模型,运用块体和散体理论,对极近距离下部煤层开采顶板岩层结构稳定性进行分析。揭示了极近距离下部煤层开采顶板易于冒落的机理,并从理论上研究了极近距离下部煤层工作面支架载荷的确定方法。为下部煤层开采采场围岩控制提供了理论基础。 (5)运用理论和数值模拟分析的方法,研究了极近距离煤层开采煤柱稳定性和煤柱载荷在底板煤(岩)层中的非均匀应力分布规律;理论分析了巷道在非均匀应力场中,支护体结构更易出现局部过载,产生局部破坏,最终可能导致支护体结构失稳的原因;提出了极近距离下部煤层回采巷道的合理位置确定方法。并通过现场实践进行验证。 (6)针对极近距离下部煤层顶板受上部煤层采动损伤影响,顶板破碎,易漏冒顶,严重时造成支架压埋,漏风严重,易形成火灾等不安全隐患问题。采用现场实践的方法确定了顶板加固及漏顶充填技术、巷道合理断面形状与支护参数、工作面初末采空间控制及工艺、工作面超前支护方式以及泄压通风系统、汽雾阻化防火等安全保障体系。形成了一套较为完善的极近距下部煤层开采辅助技术,为实现极近距下部煤层安全回采提供可靠的技术保障。 总之,本文通过深入、系统的研究了极近距离煤层开采围岩控制理论与技术,解决了极近距离煤层在煤矿开采中存在的实际问题,为今后极近距离煤层的开采、设计提供科学依据。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TD823

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3 康志强;张艳博;徐东强;;高水平应力条件下锚杆支护作用机理的数值模拟分析[J];矿业工程;2007年04期
4 单晓云;姜耀东;王乐杰;赵毅鑫;洪益清;;地下采煤对巍山山体裂缝影响的有限元分析[J];煤炭学报;2008年01期
5 罗周全;罗贞焱;刘晓明;黄志国;王国焘;;大规模采场开采稳定性模拟预测与实测验证[J];矿冶工程;2009年06期
6 朱涛;张百胜;冯国瑞;张绪言;康立勋;;极近距离煤层下层煤采场顶板结构与控制[J];煤炭学报;2010年02期
7 吴健斌;;倾斜煤层综放开采数值模拟分析[J];煤炭工程;2010年06期
8 刘俊;刘延明;;复合顶板条件下回采巷道围岩控制技术研究[J];煤炭技术;2011年06期
9 党超;王成胜;;沿空巷道回采期间变形规律及控制[J];煤炭科技;2011年02期
10 王明远;吴新华;;深井巷道围岩控制与加固技术[J];煤矿支护;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 黄玉凯;;RFPA~(2D)在宝日希勒露天煤矿边坡稳定性应用分析[A];第四届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2009年
2 曹继伟;钟国;;韩家岭隧道围岩与支护结构稳定性的数值模拟分析[A];中国公路学会2003年学术年会论文集[C];2003年
3 谭志宏;唐春安;曹武安;;顶溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值分析[A];隧道、地下工程及岩石破碎理论与应用——隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
4 谭志宏;唐春安;曹武安;;顶溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值分析[A];隧道、地下工程及岩石破碎学术研讨会论文集[C];2007年
5 童根树;王金鹏;;厂房阶形柱的计算长度——轴力等效负刚度概念的应用[A];2004年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];2004年
6 杨子轩;崔桂香;许春晓;张兆顺;;旋转槽道湍流中Taylor-Gtler涡的产生机制[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 刘颖卓;张永存;刘书田;;考虑复合材料蒙皮稳定性的飞机翼面结构布局优化[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 刘永清;胡旻;;在临界情形下非整数滞后迭代系统的收敛性[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
9 张秀华;张庆灵;;离散广义系统的区域鲁棒稳定性[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
10 侯忠生;黄文虎;;一类非性系统的间接自适应控制[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;高速公路新型护栏研究[N];科技日报;2007年
2 Morningstar晨星(中国)研究中心 袁星;度假时选择持有什么基金?[N];证券时报;2007年
3 本报实习记者 刘小龙;李娜:重在提升稳定性[N];中国体育报;2008年
4 本报记者 张华 通讯员 柳万泉;追求质量的稳定性[N];中国质量报;2006年
5 孟和;要确保农村牧区土地的稳定性[N];内蒙古日报(汉);2006年
6 诸海滨;中小板 筹码稳定性好于主板[N];中国证券报;2007年
7 医讯;tiotropium对稳定性慢性阻塞性肺病患者有益[N];医药经济报;2006年
8 通讯员 王瑛慧 记者 马跃华;科学家首次制备二十四面体铂纳米晶体[N];光明日报;2007年
9 本报评论员 欧阳觅剑;银行间市场需准确反映流动性形势[N];21世纪经济报道;2007年
10 郎胜;刑事立法应兼顾稳定性与适应性[N];法制日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张百胜;极近距离煤层开采围岩控制理论及技术研究[D];太原理工大学;2008年
2 张哲巅;湿空气扩散火焰的实验和数值研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2006年
3 付海峰;模袋固化土海上围埝建造方法及理论研究[D];天津大学;2006年
4 贺宁;两类材料分子性质及设计的理论研究[D];吉林大学;2009年
5 林淑英;显齿蛇葡萄中二氢杨梅素的提取纯化及抗氧化活性研究[D];华南理工大学;2004年
6 武瑛;新型无接触供电系统的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2004年
7 张洪;时延混沌系统的控制与同步[D];电子科技大学;2005年
8 曾玉红;静止浅水环境中浮力射流稳定性与混合特性研究[D];武汉大学;2005年
9 张志飞;基于比较原理的大系统的稳定性与镇定研究[D];湖南大学;2005年
10 曾宪忠;带扩散和交叉扩散的生态数学模型的研究[D];湖南师范大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨长城;狮子山隧道开挖对边坡稳定性影响的现场监测与数值模拟[D];同济大学;2007年
2 魏学松;卧龙湖矿沿空留巷围岩控制技术研究[D];中国矿业大学;2008年
3 柴莉;全反式维甲酸口服乳剂的制备及动物药代动力学研究[D];重庆医科大学;2005年
4 李雅;双阱中玻色-爱因斯坦凝聚体的三体相互作用[D];湖南师范大学;2005年
5 张存彦;复方藏茴香肠溶液体硬胶囊的研制[D];天津中医学院;2005年
6 贾伟华;前循环缺血性卒中患者颈动脉斑块及其稳定性与血流壁切应力关系的研究[D];天津医科大学;2005年
7 李燕;解反应-扩散方程组的新数值方法[D];新疆大学;2005年
8 曹铭;紫胶色素提取与性质研究[D];昆明理工大学;2005年
9 孙凤芹;生态工业园中企业链稳定性的理论与应用研究[D];河北理工大学;2005年
10 徐秀荣;交替型脉冲微分系统的解及其稳定性、振动性[D];安徽大学;2005年
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