石灰岩顶板沿空留巷机理及参数研究

摘要

坚硬顶板在我国分布广泛。石灰岩作为一种典型坚硬顶板，具有较高抗拉强度，另外其韧性好、难断裂。在工作面回采过程中，石灰岩顶板易“悬而不落”，安全隐患多。沿空留巷技术是我国煤炭开采的一个重要方向，其在提高煤炭回收率、降低巷道掘进率等方面具有诸多优点。
　　本文以石灰岩顶板为研究背景，研究该条件下实施沿空留巷技术的机理，为确定沿空留巷各项技术参数提供依据，在确保留巷成功的前提下，降低留巷成本，同时为其他矿井在石灰岩顶板条件下实施沿空留巷技术提供借鉴。
　　首先以石灰岩顶板是否发生断裂为依据，将顶板运动划分为顶板发生破断，出现周期来压和顶板未发生贯穿性破断，出现缓慢下沉两种情况。对两种情况下石灰岩顶板沿空留巷顶板活动规律进行研究。其次，分别利用“叠加层板”理论和“弹性基础板”理论，建立石灰岩顶板沿空留巷两种力学模型，对两种情况下沿空留巷支护—围岩作用机理进行系统分析，并对两种情况下巷旁支护体各项参数进行理论计算。然后，将石灰岩顶板达到其极限跨距时最大挠曲量与石灰岩顶板下部自由空间量进行比较，从而对石灰岩顶板是否发生破断进行判定。之后，以显德汪矿1493工作面石灰岩顶板为施工背景，判断其大青灰岩属缓慢下沉运动形式。通过经济比较，确定了充填包体架设在巷道内，另外在充填体一侧进行掘巷的沿空留巷方案，并对巷道支护方案进行优化。最后，通过数值模拟，对沿空留巷方案及参数进行预测验证，结果表明，该沿空留巷方案及参数合理可行，能够确保留巷顺利实现。

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第1章 绪 论

1.1 项目背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本论文研究的主要内容、方法及技术路线

第2章 石灰岩顶板沿空留巷顶板活动规律

2.1 采场覆岩运动规律理论

2.2 石灰岩顶板发生破断的结构形式及规律

2.3 石灰岩顶板发生破断时围岩活动分期规律及特征

2.4 石灰岩顶板未发生破断的运动形式及规律

2.5 本章小结

第3章 石灰岩顶板沿空留巷支护-围岩作用机理

3.1 石灰岩顶板发生破断时沿空留巷力学模型

3.2 石灰岩顶板未发生破断时沿空留巷力学模型

3.3 石灰岩顶板破断时沿空留巷支护-围岩作用机理

3.4 石灰岩顶板未破断时沿空留巷支护-围岩作用机理

3.5 石灰岩顶板破断判定条件

3.6 石灰岩顶板沿空留巷巷旁支护其他参数的确定

3.7 本章小结

第4章 显德汪矿石灰岩顶板沿空留巷技术研究

4.1 采区概况及地质特征

4.2 工作面生产技术条件

4.3 沿空留巷技术实施必要性

4.4 1493工作面大青灰岩顶板破断判定

4.5 1493工作面沿空留巷参数确定

4.6 1493工作面沿空留巷成本计算

4.7 1493工作面沿空留巷矿压监测

4.8 本章小结

第5章 石灰岩顶板沿空留巷数值模拟研究

5.1 FLAC3D基本介绍

5.2 1493工作面沿空留巷效果数值模拟预测

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况