矸石充填与垮落法混合综采关键技术研究与应用

摘要

针对开采不具备合适煤层保护层的高瓦斯低透气煤层，开采上覆不具突出危险性的高含矸率煤层或合适的软弱岩层作为保护层对其进行卸压增透时产生的大量矸石，在高瓦斯低透气煤层中布置矸石充填与垮落法混合综采面，实现了矸石井下回填处理和混合综采面高效生产。本文针对矸石充填与垮落法混合综采的技术关键混合综采面设备选型配套、混合综采工艺和混合综采面岩层移动与矿压规律，在简要介绍混合综采技术原理的基础上，结合平煤十二矿地质采矿条件，采用理论分析、实验室测试、数值模拟及工程实践等多种研究方法，对混合综采面关键设备进行了选型计算和配套研究，优化设计了混合综采工艺，模拟得到了不同矸石充填段长度时混合综采面岩层移动与矿压规律。研究成果应用于平煤十二矿，取得良好效果。论文主要成果如下：
　　（1）分析阐述了矸石充填与垮落法混合综采技术原理，提出了较为完整的混合综采三大系统，即充填矸石破碎输送系统、矸石不升井系统和混合综采面开采作业系统，同时分析总结了混合综采的技术特点和技术关键。
　　（2）根据矸石充填与垮落法混合综采面设备选型原则与性能要求，对混合综采面关键设备采煤机、刮板输送机、充填采煤液压支架、传统综采液压支架和多孔底卸式输送机进行了选型配套，并对充填采煤液压支架、过渡液压支架等相关配套设备进行了优化设计和改造。
　　（3）构建了矸石充填与垮落法混合综采工艺设计流程，分析了充填矸石来源，选择了井下煤矸分选方法和矸石破碎设备，确定了混合综采面开采方案，得到了矸石充填段长度与充填高度的关系曲线，并优化设计了混合综采“井下煤流矸石分选→充填段矸石破碎运输→混合综采面采煤、矸石充填及特殊地段处理”整套工艺。
　　（4）通过数值分析的研究方法，得到了矸石充填与垮落法混合综采面不同矸石充填段长度条件下混合综采面岩层移动与矿压显现特征，并基于数值分析，得出了混合综采面矸石充填段与过渡段的合理长度。

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变量注释表

1绪论

1.1研究背景与意义（Research Background and Significance）

1.2国内外研究现状（Research Status at Home and Aboard）

1.3主要研究内容与方法（Main Research Contents And Methods）

1.4主要研究成果（Main Research Achievements）

2矸石充填与垮落法混合综采技术原理

2.1 矸石充填与垮落法混合综采系统（ System of Mixed Fully-Mechanized Mining Combined Waste Backfilling with Caving Method）

2.2矸石充填与垮落法混合综采技术特点（Technical Characteristics of Mixed Fully-Mechanized Combined Waste Backfilling with Caving Method）

2.3 矸石充填与垮落法混合综采技术关键（ Keys of Mixed Fully-Mechanized Mining Combined Waste Backfilling with Caving Method）

2.4本章小结（Chapter Summary）

3 矸石充填与垮落法混合综采面设备选型与配套

3.1混合综采面设备选型配套流程（Process of Equipment Selection and Matching of Mixed Fully-Mechanized Workface）

3.2 混合综采面设备选型原则与性能要求（Principles of Equipment Selection and Performance Requirements of Mixed Fully-Mechanized Workface）

3.3混合综采面地质采矿条件（Mining Geological Conditions of Mixed Fully-Mechanized Workface）

3.4 混合综采面关键设备选型（Key Equipment Selection of Mixed Fully-Mechanized Workface）

3.5 设备配套结果与相关设备优化改造（Equipment Matching Result and Related Equipment Optimal Transformation）

3.6本章小结（Chapter Summary）

4矸石充填与垮落法混合综采工艺优化

4.1 矸石充填与垮落法混合综采工艺流程（Technological Process of Mixed Fully-Mechanized Combined Waste Backfilling with Caving Method）

4.2井下煤流矸石分选系统工艺（Separation Technology of Coal and Gangue Underground）

4.3 充填段矸石破碎运输工艺（ Gangue Fragmentation and Transportation Technology in Filling Section）

4.4 混 合 综 采 面 开 采 工 艺 （ Mining Technology of Mixed Fully-Mechanized Workface）

4.5本章小结（Chapter Summary）

5 矸石充填与垮落法混合综采面岩层移动与矿压显现特征

5.1数值分析模型及方案（Numerical Analysis Model and Simulation Schemes）

5.2 混合综采面不同矸石充填段长度条件下岩层移动特征分析（Analysis of Overlying Strata Movement Characteristics with Different Gangue Filling Period Length of Fully-Mechanized Workface）

5.3 混合综采面不同矸石充填段长度条件下矿压显现特征分析（Analysis of Strata Behavior Characteristics with Different Gangue Filling Period Length of Fully-Mechanized Workface）

5.4 混合综采面矸石充填段与过渡段合理长度分析（ Reasonable Length of Gangue Filling Period and Transition Period in Fully-Mechanized Workface）

5.5本章小结（Chapter Summary）

6工程应用

6.1试验矿井概况（General Situation of Engineering Application Mine）

6.2 混合综采面生产系统（ Production System of Mixed Fully-Mechanized Workface）

6.3混合综采面主要设备及其布置情况（Key Equipment and Layout of Mixed Fully-Mechanized Workface）

6.4工程应用效果（Effect of Engineering Application）

6.5本章小结（Chapter Summary）

7主要结论

参考文献

作者简历

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