急倾斜特厚煤层高阶段顶煤超前预爆研究

论文摘要

急倾斜特厚煤层综放开采是建设高产高效矿井、充分回收煤炭资源的重要手段。针对乌鲁木齐矿区碱沟煤矿急倾斜特厚煤层复杂开采条件,采用现场调查、理论与实验分析、现场开采试验和监测等方法,开展了急倾斜煤层综放开采顶煤超前预爆技术研究。研究表明:急倾斜特厚煤层水平分段综放开采过程中,顶煤损伤、变形和破坏规律复杂,易诱发动力失稳与灾害。急斜特厚煤层工作面较短,水平分段综放工作面应力集中更接近煤壁。由于老顶破断后大范围下沉,应力分布范围变窄,压力峰值向工作面内移,这为现场超前支护距离定量确定提供了依据。通过数值计算与分析,揭示了破碎顶煤应力分布与变化、流动规律,划定了顶煤变形区域。现场监测表明:从工作面煤壁开始,沿推进方向,在0~10m范围内,严禁实施超前预爆破工艺;在超前预爆范围内采用端头支架等防护措施,超前预爆破控制范围为10.0~35.0m,超前支护范围为0~45.0m,这为超前预爆关键指标确定提供了定量依据。提出和实施了急倾斜煤层综放面顶煤超前预爆破技术,采用了爆破前后顶煤变形光学视检测、巷道及顶煤松动圈监测和应力监测等,优化了工艺参数,解决了影响安全开采的突出矛盾,提高了推进度、顶煤破碎度和回采率,实现了安全开采。本研究对急倾斜特厚煤层及其它放顶煤工作面的开采具有借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 急倾斜煤层超前预爆实验研究
• 1.2.2 国内急倾斜特厚煤层开采发展及研究现状
• 1.2.3 国外放顶煤开采发展及研究现状
• 1.3 研究的基本内容
• 1.4 研究所采取的方案和基本路线
• 1.4.1 研究方案
• 1.4.2 技术路线
• 2 急倾斜特厚煤层顶煤应力分布规律
• 2.1 工作面应力分布特征数值模拟
• 2.1.1 基于现场开采布局建立数值模型
• 2.1.2 数值计算参数的确定
• 2.1.3 计算本构方程
• 2.1.4 工作面倾向应力分布规律
• 2.1.5 工作面走向应力分布规律
• 2.1.6 工作面两巷不同位置应力分布
• 2.2 围岩位移分布数值模拟
• 2.2.1 爆破前位移分布特征
• 2.2.2 爆破后位移分布特征
• 2.3 围岩塑性区分布数值模拟
• 2.3.1 顶煤爆破前塑性区分布特征
• 2.3.2 顶煤爆破后塑性区分布特征
• 2.4 本章小结
• 3 基于PFC的急倾斜破碎顶煤流动规律模拟
• 3.1 概述
• 3.2 PFC2D简介
• 3.3 顶煤放出的本构模型
• 3.4 数值模型的建立
• 3.5 数值计算参数的确定
• 3.6 走向模型的计算结果及分析
• 3.6.1 放煤过程实时模拟
• 3.6.2 放煤过程支架载荷分析
• 3.6.3 放煤过程力学结构分析
• 3.6.4 放出颗粒数量的统计分析
• 3.7 倾向模型的计算结果及分析
• 3.7.1 放煤过程实时模拟
• 3.7.2 放煤过程顶底板载荷分析
• 3.7.3 急倾斜顶煤力学结构分析
• 3.8 本章小结
• 4 急倾斜特厚煤层超前预爆工艺优化确定
• 4.1 急倾斜煤层综放开采危险源分析
• 4.2 顶煤超前预爆工艺
• 4.3 爆破工艺设备
• 4.4 综放面爆破方案
• 4.5 本章小结
• 5 现场应用效果评价
• 5.1 超前预爆试验工作面概况
• 5.2 超前支承应力分布的现场监测
• 5.2.1 现场监测方案
• 5.2.2 监测结果与分析
• 5.3 爆破致裂煤体的现场监测
• 5.3.1 现场监测仪器简介
• 5.3.2 钻孔窥视观测结果及分析
• 5.3.3 松动圈测试结果与分析
• 5.4 开采过程中的瓦斯监测分析
• 5.5 工作面和巷道变形监测
• 5.6 设备使用效果对比
• 5.7 应用效果评价
• 5.8 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录