郭二庄矿近距离煤层同采合理错距及矿压规律研究

摘要

本文结合郭二庄矿小煤与大煤平均间距18m的条件，对近距离煤层开采合理错距的确定做了系统的研究。文章以现场的实际调研资料为依据，采用理论分析的方法，论证了郭二庄矿近距离煤层开采期间“减压区”理论的合理性，同时通过相似模拟研究、计算机数值模拟研究、现场工业性试验等方法对近距离煤层同采期间错距的大小进行了模拟与分析，最终确定大煤工作面布置在小煤开采形成的减压区内，错距在15～25m范围是合理的。
　　 理论分析可知，小煤开采期间对底板的破坏深度最大为12.99m，在两煤层平均间距为18m的情况下，小煤的开采不会波及到大煤煤层，大煤在开采过程中顶板可以形成稳定结构，因此大煤工作面布置在小煤开采形成的减压区内，能够安全稳定的回采。此时大煤采场顶板压力较低，巷道维护容易，因此在小煤开采形成的减压区内布置大煤工作面为同采营造了条件。
　　 在实验室制作几何相似比1∶100的相似材料模型，大煤面推进到与小煤面相距30cm时，大煤顶板出现垂直裂隙，由小煤底板应力传感器监测可知，小煤工作面后方25～35cm内出现滞后压力升高区。工作面错距在15～25cm范围内，大煤采场压力显现较小，对同采有利。
　　 计算机数值模拟小煤与大煤同采，两工作面错距在15～25m时，上下煤层工作面相互影响最小，在此错距范围内小煤后支承压力升高区已经基本消失，大煤超前支承压力范围减小，峰值降低，错开15～25m的距离将会使两个煤层工作面同时受益，矿山压力显现有所缓和，给同采带来良好的开采环境。
　　 结合现场工业性试验，通过对各矿压显现指标的观测，分析确定错距在15～25m时，小煤支架载荷有所下降，工作面各矿压指标显现较低，大煤回风巷道超前支压范围明显减小，峰值显著降低，支架载荷同样较低，采场无顶板破碎和煤壁片帮现象，通过现场观测可得15～25m为同采的合理错距。
　　 经研究确定，郭二庄矿近距离煤层同采期间，大煤工作面布置在小煤开采形成的减压区内，错距保持在15～25m范围时，支架载荷较小，巷道矿压显现较低，选择该错距为工作面合理错距对同采煤层采场和巷道维护将起到积极作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 近距离煤层开采技术研究现状

1．2．2 近距离煤层覆岩结构研究现状

1．3 课题研究的内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法及路线

1．4 本章小结

第2章 近距离煤层同采合理错距理论分析

2．1 同采煤层概况

2．1．1 采区概况

2．1．2 同采工作面位置关系

2．1．3 近距离煤层回采工艺

2．2 合理错距确定观点

2．3 理论确定同采合理错距

2．3．1 稳压区开采理论分析

2．3．2 减压区开采理论分析

2．3．3 理论确定合理错距

2．4 本章小结

第3章 相似材料模拟研究

3．1 相似模拟概述

3．2 相似材料实验准则

3．2．1 岩石强度指标

3．2．2 相似条件的选择

3．2．3 相似材料的选择

3．2．4 相似配比的确定

3．3 模型制作

3．3．1 模型制作方法

3．3．2 测点及应力传感器布置

3．3．3 实验模型

3．4 相似材料实验

3．4．1 实验目的及方法

3．4．2 相似模拟同采期间矿压显现规律

3．4．3 相似模拟同采期间岩层移动规律

3．4．4 相似模拟同采期间小煤底板应力分布规律

3．5 本章小结

第4章 数值模拟研究

4．1 FLAC 3D基本介绍

4．2 数值模拟建模

4．2．1 模拟过程简介

4．2．2 围岩参数

4．2．2 建立模型

4．3 数值模拟分析

4．3．1 数值模拟小煤单层开采期间应力与位移特征

4．3．2 数值模拟大煤单层开采期间应力与位移特征

4．3．3 不同错距下两煤层走向应力分布特征

4．4 本章小结

第5章 现场工业性试验及矿压观测

5．1 现场工业性试验

5．1．1 工业性试验目的

5．1．2 工业性试验方案设计

5．1．3 工业性试验期间矿压观测内容

5．2 方案实施工作

5．2．1 巷道距离标记

5．2．2 巷道内测力锚杆布置及观测方式

5．2．3 液压支架载荷观测

5．2．4 支架折损率等矿压指标观测

5．3 矿压观测分析

5．3．1 测力锚杆监测大煤风巷压力分析

5．3．2 不同错距下两工作面支架压力分析

5．3．3 支架折损率等矿压指标分析

5．4 本章小结

结论与展望

1 主要研究结论

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与课题