汾西新柳煤矿小煤窑破坏区复采技术研究

论文摘要

我国煤炭资源整合与重组的过程中，小煤矿破坏区的治理尤为重要。以山西焦煤集团汾西矿区为例，由于小煤矿开采使用落后的以掘代采或房柱式采煤工艺，资源回采率仅有10%25%。据不完全统计，仅在新柳、新峪、新阳三个井田内，小煤矿破坏区就达近百平方公里。所以，必须采取合理的工作面复采技术以此回收小煤矿破坏区所浪费的资源。本文以新柳矿交子里盘曲0902工作面地质条件为例，通过Protem EM-47瞬变电磁仪探测了该工作面破坏区中老空区的具体位置。在探测的基础上，建立了破坏区三维地质模型，通过FLAC3D大型数值模拟软件模拟了工作面通过破坏区时的应力场分布规律，分析了综采工作面通过老空区空巷前调斜的合理角度。研究结果显示，工作面调斜过程中，运巷一侧工作面超前材巷一侧20m左右为最佳。工作面的调斜推进使得工作面前方煤柱交替进入应力集中。煤柱两旁巷道没有同时破坏，老顶没有大面积来压，破坏区煤炭资源可以顺利回收。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 详细摘要
• Detailed Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的及内容
• 1.2.1 复采工作面矿压显现规律及控制技术
• 1.2.2 复采工作面构造异常及老空积水区精细勘探技术
• 1.2.3 小煤矿破坏区复采有害气体控制技术
• 1.2.4 小煤矿破坏区复采煤炭自燃防治技术
• 1.2.5 三维地质建模技术及应力分布规律
• 1.2.6 复采工作面采煤工艺研究
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 工作面及巷道矿压显现规律
• 1.3.2 工作面布置及开采方式
• 1.3.3 工作面传统复采技术
• 1.3.4 工作面通风及有害气体控制技术
• 1.3.5 煤层防自燃技术研究
• 1.3.6 采空区处理措施
• 1.4 研究的总体思路
• 2 汾西老窑破坏区概况及煤岩体细观实验
• 2.1 矿区概况
• 2.2 汾西矿区地应力测试与分析
• 2.2.1 地应力测点布置及结果
• 2.2.2 汾西矿区地应力场分布规律
• 2.3 新柳矿概况
• 2.3.1 位置和交通
• 2.3.2 矿井地质和生产现状
• 2.4 新柳矿煤岩体力学参数测试
• 2.4.1 煤岩采样与试验准备
• 2.4.2 煤岩力学参数测试结果
• 2.5 新柳矿岩石矿物成分测试
• 2.5.1 X 射线衍射分析
• 2.5.2 实验设备
• 2.5.3 实验条件
• 2.5.4 实验步骤
• 2.5.5 实验结果分析
• 2.6 SEM（扫描电镜）微观结构分析
• 2.6.1 实验仪器
• 2.6.2 实验结果
• 2.7 本章小结
• 3 汾西新柳煤矿工作面老窑积水探测
• 3.1 新柳煤矿交子里盘曲 0902 工作面概况
• 3.1.1 煤层和围岩特征
• 3.1.2 地质构造
• 3.1.3 周围采掘情况
• 3.1.4 水文地质条件
• 3.1.5 重要地质情况及提示
• 3.2 交子里盘曲 1105 工作面概况
• 3.2.1 地面及井下位置
• 3.2.2 煤层和围岩特征
• 3.2.3 地质构造
• 3.2.4 水文地质条件
• 3.2.5 顺槽巷道布置
• 3.2.6 巷道断面及支护形式
• 3.3 瞬变电磁法探测设备
• 3.3.1 瞬变电磁法基本原理
• 3.3.2 探测仪器简介
• 3.4 交子里盘曲 0902 工作面探测结果及分析
• 3.4.1 测站布置
• 3.4.2 探测结果
• 3.5 交子里盘曲 1105 工作面测试结果及分析
• 3.5.1 测站布置
• 3.5.2 探测结果
• 3.6 本章小结
• 4 矿山压力及采动影响对空巷稳定分析
• 4.1 矿山压力对空巷稳定性分析
• 4.2 采动影响对空巷的稳定性分析
• 4.3 力学模型建立、分析及合理支护阻力计算
• 4.3.1 空巷上方基本顶稳定性分析
• 4.3.2 空巷上方直接顶稳定性分析
• 4.3.3 空巷合理支护阻力计算
• 4.4 本章小结
• 5 工作面过小煤矿破坏区物理及数值模拟研究
• 5.1 相似模拟基本原理
• 5.1.1 相似定律
• 5.1.2 相似单值条件和判据
• 5.1.3 几何相似
• 5.1.4 物理相似
• 5.1.5 初始状态相似
• 5.1.6 边界条件相似
• 5.2 模拟原型及试验方案
• 5.2.1 工作面概况
• 5.2.2 围岩特征
• 5.2.3 相似模型的设计
• 5.2.4 相似模型铺设
• 5.2.5 应力测定方法
• 5.2.6 变形测定方法
• 5.3 小煤窑开采相似模拟结果分析
• 5.3.1 岩层运移特征分析
• 5.3.2 应力场分析
• 5.4 工作面过空巷相似模拟结果分析
• 5.4.1 岩层运移特征分析
• 5.4.2 应力场分析
• 5.5 工作面过空巷数值分析
• 5.5.1 力学模型的建立
• 5.5.2 周期来压时和工作面过空巷过程中矿压分布特征
• 5.5.3 过空巷工作面前方煤柱应力分析
• 5.5.4 过空巷工作面前方顶板位移分析
• 5.6 本章小结
• 6 新柳小煤矿破坏区工作面过空巷数值分析
• 6.1 FLAC3D有限差分软件简介
• 6.1.1 有限差分方法
• 6.1.2 显式有限差分算法——时间递步法
• 6.1.3 FLAC3D有限差分软件简介
• 6.2 工作面概况
• 6.2.1 煤层及赋存
• 6.2.2 围岩特征
• 6.3 实际地质模型与参数
• 6.3.1 数值模型
• 6.3.2 数值参数
• 6.4 实际模型数值结果及分析
• 6.4.1 模型的平衡
• 6.4.2 空巷形成时周围应力场
• 6.4.3 工作面回采过程中过空巷前周围应力场
• 6.4.4 工作面回采过程中过空巷时周围应力场
• 6.5 本章小结
• 7 新柳小煤矿破坏区工作面回采技术
• 7.1 工作面划分
• 7.2 巷道布置
• 7.3 交子里盘曲 0902 工作面回采方法
• 7.3.1 高档普通机械化采煤法
• 7.3.2 爆破采煤法
• 7.3.3 以掘代采法
• 7.4 工作面过空巷施工措施
• 7.4.1 过空巷基本措施
• 7.4.2 工作流程及实施要求
• 7.4.3 过空巷支护方法
• 7.4.4 安全规范
• 7.5 工作面过冒落带施工措施
• 7.5.1 注浆法
• 7.5.2 木垛法
• 7.6 工作面过断层措施
• 7.7 工作面处理特殊情况措施
• 7.7.1 处理冒顶、片帮的措施
• 7.7.2 工作面托伪顶措施
• 7.7.3 工作面发生拉槽事故时的顶板管理
• 7.7.4 工作面遇疙瘩顶措施
• 7.7.5 其它情况下的特殊支护
• 7.7.6 支护材料
• 7.8 通风系统设计
• 7.8.1 分阶段布局
• 7.8.2 风量、风速计算
• 7.8.3 通风安全监测、监控
• 7.8.4 通风管理措施
• 7.8.5 均压通风系统安全措施
• 7.9 采空区有毒有害气体涌出控制设计
• 7.9.1 封堵设计
• 7.9.2 均压通风系统设计
• 7.10 防煤层自燃设计
• 7.10.1 灌浆设计
• 7.10.2 注氮设计
• 7.11 防火及煤层自燃安全措施
• 7.12 防尘安全措施
• 7.13 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 本文的主要研究结论
• 8.2 主要创新成果
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 在学期间发表的学术论文
• 在学期间参加科研项目
• 主要获奖