高瓦斯厚煤层坚硬顶板工作面安全初采技术研究

摘要

中国煤炭开采地质条件总体上复杂多变，这造成开采时遇到的问题较多。其中，对于高瓦斯厚煤层坚硬顶板工作面，初采期间顶煤难放、长悬顶板垮落冲击压力大、瓦斯难抽采等问题严重。因此，本文以山西潞安集团余吾煤业N1101工作面为例，通过理论分析、数值模拟、技术研发及现场试验等手段，在初采期间对该工作面进行端部强制放顶，改变覆岩力学结构，大大缩减了顶板破断步距，解决了初采期间顶煤难放及来压较大的问题。在分析顶板破坏规律的基础上，对高抽巷的位置进行变更，使其在合适位置逐渐下沉直至与切眼贯通，以解决初采期间瓦斯难抽采的问题。最后形成一套解决高瓦斯厚煤层坚硬顶板工作面安全初采问题的技术体系。
　　理论计算强制放顶后N1101工作面下位直接顶垮落步距为8.97m，上位直接顶垮落步距为17.69m，基本顶断裂步距为25.13m，现场监测，工作面推进过程8m时下位直接顶垮落，推进14～16m时上位直接顶垮落、24m时基本顶断裂，模拟结果与理论计算和现场实测基本吻合。理论计算高抽巷应位于顶板上方15m处，通过对推进过程中塑性区发育的模拟，得出工作面推进100m时裂隙带范围在14～34m，此时高抽巷正好位于裂隙带下部，故在此处使高抽巷做出位置变更使其逐渐下沉最终与切眼贯通，通过后期现场探测，距切眼100m处裂隙带高度37.4m，初采期间高抽巷瓦斯抽采量在18m3/min，高抽巷能良好工作。
　　研究表明，在N1101工作面采取端部切顶及对高抽巷位置进行变更能良好解决该工作面初采期间顶煤难冒放、顶板来压大及瓦斯难抽采的问题。

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Abstract

Contents

1 绪论

1.1 课题提出

1.3 主要研究内容及路线

2 工作面覆岩结构及破断参数分析

2.1 覆岩结构分析及其切顶高度计算

2.2 工作面覆岩中“三带”的研究

2.3 本章小结

3 数值模拟分析

3.1 数值模拟简介

3.2 数值模型建立

3.3 初采期间矿压显现数值模拟

3.4 裂隙带发育规律模拟及高抽巷位置变更方案

3.5 本章小结

4 强制放顶方案理论分析及参数计算

4.1 放顶方法选择

4.2 深孔爆破理论分析

4.3 本章小结

5 现场试验及结果分析

5.1 工程技术条件

5.2 强制放顶方案设计及现场实验

5.3 采场矿压监测及结果分析

5.4 两带观测结果分析

6 主要结论及建议

6.1 主要结论

6.2 存在的问题及建议

参考文献

致谢

硕士期间主要科研成果