老鹰山煤矿综采面矿压特征与支护适应性研究

摘要

长期以来，“三软”煤层的开采一直是矿山压力与岩层控制支护优化的难题所在，目前尚不存在一套完好的解决方案应用实践。本文以具有“三软”特点的老鹰山煤矿8113(1)综采面为依托，围绕其矿压特征与支护适应性，运用现场监测、理论分析与数值模拟相结合的方法展开了系统研究。
　　实测表明，目前该综采面液压支架平均初撑力严重偏低，额定工作阻力具有较大富余。工作面超前支承压力峰值出现在煤壁前方3~8m处，其中在距煤壁5m处达到最大。实测还得到了周期来压强度、周期来压步距、来压动载系数、上下柱承载状况、支架活柱下缩规律、工作面煤帮松动深度等一系列反应该综采面矿压特征的真实数据，认为整个工作面压力变化大致呈局部来压明显，而整体来压较缓和的状况，ZY3400—13/32型掩护式液压支架能基本满足支护系统对底板比压的要求。分析得出8113(1)综采面上覆岩层中的关键层为08＃煤的老底，理论计算出该综采面液压支架的合理工作阻力为2988.5KN，合理支护强度约为0.4MPa，初撑力与合理工作阻力的比值控制在75％~85%间为宜。分析认为ZY3400—13/32型掩护式液压支架基本能够适应工作面的矿压规律，但因老鹰山煤矿泵站提供的油压偏低，致使液压支架的实际初撑力和工作阻力均达不到要求，并由此引发了一系列矿压显现问题。运用FLAC3D大型岩土分析软件对老鹰山煤矿8113(1)综采面矿压规律进行了数值模拟，得出该综采面合理支护强度为(0.4~0.5)MPa，还得出“加大推进速度能在一定程度上减小顶板的下沉量，但当工作面推进速度达到一定值后，顶板下沉量的变化将会越来越小”等一系列结论。建立了上端自由、下端固定的受压杆件弯曲模型研究片帮发展过程，认为煤壁最先破裂是发生在顶端位置，煤壁上部3/1倍的采高范围是发生片帮的重点区域。针对性的提出了增大初撑力等8项提高“三软”煤层综采面围岩稳定性的技术措施，其中支架反错台布置技术是针对类似老鹰山煤矿(倾角22.5°，底板松软)地质条件的综采面而提出的一项新型技术，该技术很好的改善了支架受力状况，现场应用取得了一定效果。
　　本文得到国家自然科学基金项目(51174086、50874042)的资助。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容、方法及技术路线

第二章 矿压观测研究

2.1 老鹰山煤矿生产条件概述

2.2 矿压观测方案

2.3 矿压观测结果及分析

2.4 本章小结

第三章 综采面上覆岩层结构分析及支护阻力确定

3.1 综采面上覆岩层的关键层分析

3.2 老鹰山8113(1)综采面上覆岩层结构模型

3.3 综采面液压支架工作阻力的确定

3.4 本章小结

第四章 综采面矿压规律数值模拟

4.1 FLAC3D简介

4.2 模型参数及初始平衡

4.3 模拟方案及模拟结果分析

4.4 本章小结

第五章“三软”煤层综采面围岩变形运动机理及控制技术研究

5.1 “三软”煤层综采面围岩变形运动机理分析

5.2 “三软”煤层综采面围岩控制技术

5.3 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间的主要成果