急倾斜特厚煤层水平分段综采顶煤弱化机理研究

论文摘要

由于急倾斜特厚煤层水平分段综放开采过程中，遇到煤质坚硬的煤层时，仅依靠矿山压力作用顶煤难以冒放，需要对坚硬顶煤进行人工辅助弱化处理。深入研究顶煤弱化机理对于解决此类顶煤冒放难题，提高采出率具有重要意义。本论文应用理论分析、物理力学试验、数值模拟试验以及现场实测等手段，专门针对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采的注水软化机理进行了研究。首先建立了急倾斜煤层顶底板的受力模型，研究其破坏规律，得出影响煤层顶底板岩层挠曲的因素；其次通过数值模拟计算，对开挖过程中不同分层厚度条件下形成“拱”结构的规律进行分析，并对注水前后的位移及孔隙压力进行对比，表明注水孔的注水压力向外扩展致裂、软化了煤层，从而增大了顶煤及顶板的位移，使裂隙更加发育，有利于顶煤的放出；通过物理试验测定各煤层试件的孔隙率、含水率、吸水率和水煤接触角等物理力学参数，根据煤在水中的有效孔体积的计算结果，得出各煤层试件吸水性强弱，将结果和试验测得吸水性结果进行比较，从理论上肯定了人工辅助弱化有较强的可行性；然后根据单轴抗压强度试验，观测煤岩体试件在浸水前后强度的变化，以及注水软化起到的效果，并对注水后应力－应变曲线与注水前进行比较，说明煤岩体试件在浸水过程中强度的降低；最后对急倾斜工作面进行现场应用分析，验证了本文研究结论与现场的一致性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文选题的背景和意义
• 1.1.1 选题的背景
• 1.1.2 选题的意义
• 1.2 本课题研究的现状
• 1.2.1 急倾斜煤层综放技术国内外研究现状
• 1.2.2 水力致裂应用国内外研究现状
• 1.2.3 煤层顶板注水弱化国内外研究现状
• 1.2.4 弹性地基梁的分析及计算方法研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 技术路线
• 2 急倾斜煤层力学模型
• 2.1 急倾斜煤层开采弹性地基梁模型
• 2.2 急倾斜煤层开采顶板模型受力分析
• 2.2.1 急倾斜煤层开采顶板岩层的弯曲变形
• 2.2.2 顶板挠度变化规律分析
• 2.3 急倾斜煤层开采底板模型受力分析
• 2.4 急倾斜煤层开采顶煤受力分析
• 2.5 本章小结
• 3 数值模拟实验研究
• 3.1 数值模拟内容
• 3.2 物理力学参数的选取
• 3.3 数值模拟参数的确定
• 3.3.1 计算条件
• 3.3.2 原始地应力的确定
• 3.4 不同分层厚度条件下顶煤运动规律
• 3.5 不同分层厚度形成“拱”结构的规律分析
• 3.6 注水软化前后煤体运移规律
• 3.7 本章小结
• 4 煤体试件力学参数测定
• 4.1 试件制备
• 4.2 物理参数测定
• 4.2.1 孔隙率和含水率测定
• 4.2.2 吸水率测定
• 4.2.3 水煤接触角的测定
• 4.3 单轴抗压试验
• 4.3.1 煤岩体单轴抗压试验
• 4.3.2 单轴抗压强度试验数据
• 4.4 本章小结
• 5 煤层注水现场试验应用
• 5.1 小红沟煤矿基本条件
• 5.2 试验工作面基本情况
• 5.3 +618B1+2 煤层300m 平台注水工业化试验
• 5.3.1 煤层注水软化项目实施方案
• 5.3.2 煤层注水软化各项参数的确定
• 5.3.3 项目现场实施情况
• 5.3.4 工作面放煤效果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录