浅埋煤层大采高综采面矿压规律与支护阻力研究

论文摘要

神东矿区是我国最大的现代化能源基地，根据煤层赋存特点，一般采用一次采全高综合机械化方式开采，采高一般为5.0m，随着机械化程度的不断提高，部分工作面采高已达6.0m，补连塔煤矿22303工作面采高达7.0m。随之支架额定工作阻力不断增加，由3500kN、7592kN、10800kN、12000kN，到目前最大达16800kN，使大采高综采面成套设备费用不断增加，为了掌握其规律，论文综合运用现场实测、理论分析与计算及数值模拟等研究方法，以“张家峁煤矿试采工作面矿压规律及地表移动观测技术研究”等课题为依托，对神东矿区浅埋煤层大采高综采面由于采动影响上覆岩层垮落后形成的结构、矿压显现规律及合理的支护阻力进行了分析研究。研究认为：浅埋煤层大采高综采面矿压显现的突出特点是基岩沿架后全厚切落，直接波及至地表，上覆岩层为冒落带和裂隙带“两带”，来压期间顶板动载明显，老顶初次来压步距约54m，周期来压步距平均约15m，支架运转特性主要为一次增阻型，周期来压期间平均工作阻力达10799kN，来压强烈，持续时间短，中部测区有60%支架安全阀开启，来压期间中部测区支架工作阻力和动载系数大于两侧测区，说明工作面中部来压强烈。数值模拟与理论分析验证了，浅埋煤层大采高综采面顶板为单一关键层结构，顶板破断后不能形成稳定的“砌体梁”结构，关键块易出现架后滑落失稳，对“台阶岩梁”模型从另一种角度对关键块稳定性进行了分析，提出台阶下沉角，得出台阶下沉角与回转角之间的关系，并将其引入“台阶岩梁”阻力计算公式中。对关键块分析发现采高、直接顶厚度及关键块厚度及垮落长度是关键块台阶下沉角与台阶下沉量的影响因素，同时发现在相同赋存条件下，随着采高的增加，台阶下沉角也在增加。并用建立的台阶下沉角阻力计算公式计算相应大采高支护阻力与实测结果比较符合，同时发现，支架所承担的重量远小于上覆岩层全部重量，仍然存在明显的载荷传递效应，最后确定额定工作阻力为12000kN液压支架基本满足浅埋煤层大采高综采面控制顶板的要求，并且得到了现场实践的验证。通过研究，基本掌握了神东矿区浅埋煤层大采高综采面矿压显现规律，确定了合理的支护阻力，并对前人所提出的浅埋煤层定义进行了补充，为其他类似大采高综采工作面回采提供了科学的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究内容及技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 神东矿区浅埋煤层地质与开采条件
• 2.1 神东矿区概况
• 2.2 神东矿区煤层赋存及地质概况
• 2.3 神东矿区工程地质特征
• 2.4 神东矿区浅埋煤层开采技术条件
• 2.5 本章小结
• 3 浅埋煤层大采高综采面矿压显现规律实测分析
• 3.1 补连塔煤矿32206 综采面矿压显现规律实测分析
• 3.1.1 32206 综采面概况
• 3.1.2 矿压观测方法
• 3.1.3 初次来压
• 3.1.4 周期来压
• 3.1.5 支架支护特性分析
• 3.1.6 支架运转特性分析
• 3.1.7 32206 综采面矿压观测主要结论
• 3.2 张家峁煤矿15201 试采面矿压显现规律实测分析
• 3.2.1 15201 试采面概况
• 3.2.2 矿压观测方法
• 3.2.3 初次来压
• 3.2.4 周期来压
• 3.2.5 支架支护特性分析
• 3.2.6 支架运转特性分析
• 3.2.7 地表移动特征
• 3.2.8 15201 试采面矿压观测主要结论
• 3.3 浅埋煤层大采高综采面矿压显现规律统计分析
• 3.4 本章小结
• 4 浅埋煤层大采高综采面覆岩垮落规律数值模拟分析
• 4.1 RFPA2D 数值模拟软件特点
• 4.2 RFPA2D 数值模拟设计
• 4.3 浅埋煤层5.0M 大采高数值模拟
• 4.4 浅埋煤层6.0M 大采高数值模拟
• 4.5 本章小结
• 5 浅埋煤层大采高综采面顶板结构与支护阻力计算
• 5.1 顶板结构
• 5.1.1 关键层理论
• 5.1.2 “台阶岩梁”结构及稳定条件
• 5.2 顶板破坏规律
• 5.2.1 关键层判断
• 5.2.2 “台阶岩梁”结构稳定性分析
• 5.3 浅埋煤层大采高综采面合理支护阻力的确定
• 5.3.1 实测统计合理支护阻力
• 5.3.2 理论计算合理支护阻力
• 5.4 本章小结
• 6 结论及建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录