薛村矿双向大倾角煤层放顶煤开采关键技术研究与应用

摘要

随着煤炭行业的发展，部分老矿井易采煤层资源逐步枯竭，不得不开采井田范围内一些难采煤层，如大倾角煤层等。在我国大倾角煤层的开采经过几十年的发展，各种相关理论和技术均有了较大的进步，但一般大倾角煤层是指仅在走向或者倾向有较大倾角的单一大倾角煤层，对于在走向和倾向均有较大倾角的双向大倾角煤层开采相关理论和技术研究还相对较少。
　　 本文以薛村矿92714工作面双向大倾角煤层为研究对象，采用数值模拟、理论分析和现场实践的综合研究方法，对双向大倾角煤层开采时覆岩结构、矿压显现规律、顶煤运移规律及工作面“三机”防滑措施等做了较全面系统研究，得出以下主要结论:
　　 (1)通过对92714工作面覆岩结构模拟分析发现，水平推进和仰斜推进下老顶容易断裂，双向大倾角煤层，由于在走向有较大的倾角，覆岩断裂后，在自重的作用下，会沿着走向方向对煤壁前后的顶板产生挤压，从而增加了老顶结构的稳定性。由于同样的原因俯采时顶煤的冒落要比水平及仰采情况困难。
　　 (2)通过对92714工作面实测矿压数据分析发现，工作面来压沿工作面倾向有一定的先后顺序，工作面上部来压要先于工作面中部和下部，这反应覆岩沿倾向的断裂有一定的先后顺序。
　　 (3)通过对工作面主应力场分析发现，工作面覆岩应力在整个开采过程中变化相对较小，应力集中程度也较低，最大主应力为15～20Mpa左右;应力集中区域主要在底板倾角较大区域和煤柱位置，因此工作面下巷底鼓预防及巷道支护在正常生产过程中应重点加强。
　　 (4)由于煤层在倾斜方向上有较大的倾角，顶煤在放出时会发生水平位移和垂直位移的复合运动，垂直位移量在整个工作面没有明显变化，但水平位移量呈现工作面上部大于工作面下部的特点，因此，应重点加强工作面中下部支架的放煤工序管理。通过现场工业性试验，确定了工作面的放煤方式为单轮间隔放煤，放煤步距为一刀一放。
　　 (5)在工作面支架防滑时，创造性的的在92714工作面下巷端头处增设两架ZT12000/16/24型端头支架，支架沿工作面走向布置，利用溜子道的端头支架来顶住机头支架，防止工作面支架沿工作面下滑。在现场试验过程中，端头支架取得了良好的支护和防滑效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 本课题国内外研究现状

1．2．1 国外大倾角煤层研究现状

1．2．2 国内大倾角煤层研究现状

1．3 论文的研究内容、方法和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法及技术路线

第2章 92714工作面数值模拟模型建立及初始应力场分析

1．1 工程地质概况

1．1．1 矿井概况

1．1．2 92714工作面概况

2．1 数值模拟模型建立

2．1．1 ANSYS有限元分析软件简介

2．1．2 FLAC3D有限元分析软件简介

2．1．3 92714工作面进行等高线划分及模型分点

2．2 ANSYS数值模型及网格划分

2．3 岩层属性及相关力学参数

2．4 模拟方案及步骤

2．5 92714工作面初始应力场分析

2．5．1 竖向应力状态

2．5．2 初始最大主应力

2．5．3 初始最小主应力

2．6 小结

第3章 92714工作面覆岩结构及主应力场分析

3．1 92714工作面覆岩结构分析

3．1．1 覆岩关键层确定

3．1．2 垮落带高度确定

3．1．3 裂隙带高度确定

3．2 覆岩断裂结构分析

3．2．1 走向覆岩断裂分析

3．2．2 倾向覆岩断裂分析

3．3 92714工作面来压分析

3．4 92714工作面超前支承压力研究

3．5 92714工作面开采过程中最大主应力场演化过程

3．5．1 工作面倾向剖面最大主应力场演化过程

3．5．2 工作面走向剖面最大主应力场演化过程

3．6 小结

第4章 92714工作面顶煤冒放与运动规律

4．．1 92714工作面顶煤冒放与运动规律的研究

4．1．1 顶煤冒放现状

4．1．2 92714工作面顶煤分类

4．1．3 工作面顶煤运移分析

4．2 放煤方式研究

4．3 放煤步距研究

4．4 小结

第5章 设备稳定性研究及回采工艺

5．1 设备选型

5．1．1 放顶煤支架选型

5．1．2 采煤机选型

5．1．3 刮板输送机选型

5．2 工作面三机稳定性研究

5．2．1 工作面支架稳定性研究

5．2．2 工作面输送机稳定性分析

5．2．3 工作面采煤机稳定性分析

5．3 92714工作面三机防滑措施

5．3．1 工作面支架防滑防倒措施

5．3．2 工作面溜子防滑措施

5．3．3 采煤机防滑措施

5．4 巷道及工作面布置

5．4．1 采区设计、采区巷道布置概况

5．4．2 初采时巷道规格

5．4．3 工作面轨道顺槽

5．4．4 工作面运输顺槽

5．4．5 采煤面切眼

5．5 采煤工艺及工序

5．6 顶板管理

5．6．1 正常工作时期的特殊支护形式

5．6．2 回柱放顶及其它平行作业的安全距离

5．6．3 工作面支护质量要求

5．7 运输巷、回风巷及端头顶板管理

5．7．1 轨道、运输顺槽的超前支护段的支护形式

5．7．2 轨道、运输顺槽的支护质量要求

5．7．3 文明生产

5．8 工作面端头及安全出口支护支护

5．8．1 工作面端头支护

5．8．2 安全出口支护

5．9 正规循环及劳动组织

5．9．1 工作面作业方式和正规循环

5．9．2 劳动组织

5．10 小结

第6章 结论与展望

6．1 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的论文和科研成果