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煤系高岭土安全开采理论分析及试验研究

夏红兵  
【摘要】: 淮北朔里煤矿富含优质煤系高岭土,采用走向短臂后退式开采,直接跨落法管理顶板。顶板极易冒落,沿空留巷变形大,爆破开采时易崩倒工作面支架,不能满足安全、高效生产的要求。通过相似模拟试验、数值模拟、理论分析和现场观测及分析,研究出了系统的适宜于该矿工作面顶板支护技术、爆破预裂法控制沿空留巷变形技术和高岭土爆破开采技术,探讨了工作面顶板跨落、矿压显现以及沿空留巷顶板围岩破坏规律和减少高岭土爆破震动方法。 利用相似材料模型试验得到高岭土开采顶板垮落规律、上覆岩层移动规律、应力分布规律,得到初次来压步距、周期来压步距、工作面超前压力影响范围等参数,为安全高效开采高岭土提供了指导。实测结果表明:相似模拟结果具有较强可信性,能满足生产服务要求;据此改金属摩擦支架为单体液压支架,提高了支架初撑力、稳定性,合理选择了支护密度以及控顶距等参数,确保了顶板稳定,实现了安全开采。 针对高岭土开采沿空留巷变形大等特点,提出了沿空留巷顶板预裂爆破技术。数值模拟与实测结果证明,对沿空留巷的顶板实施预裂爆破,工作面前方,沿空留巷的顶底板和两帮变形与无预裂面时相比几乎没有变化;而工作面后方,有预裂面时,顶底板变形明显减小。通过现场观测和分析发现,实施预裂爆破,直接顶板沿预裂面冒落,与无预裂面相比,冒落高度增加、周期来压强度减小并且来压步距也减小。顶板预裂爆破技术能明显减少工作面后方沿空留巷顶板变形。 沿空留巷钢围网矸石充填体具有及时提供支护阻力、可适应大变形的能力,并且钢围网可以重复利用,因此钢围网矸石充填可以作为一种巷旁支护形式。 针对煤系高岭土爆破震动大且工作面碎石抛掷作用强等问题,通过理论分析,提出了多段毫秒延时爆破技术,优化了起爆方式和顺序,增大了一次爆破规模,降低了爆破作业对顶板和支护设施的损伤,提高了作业安全性。 通过本文以上研究,初步建立起高岭土开采顶板支护、预裂爆破法控制沿空留巷变形和高岭土开采控制爆破的理论和技术。提高了高岭土开采的安全性。


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