太平煤矿易燃特厚煤层煤柱回收技术研究与应用

摘要

针对许多老矿井因开采年限和开采强度增加导致资源面临枯竭的问题，本文在总结国内外煤柱回收技术经验的基础上，根据煤柱的基本力学特性，结合太平煤矿六采区易燃特厚煤层煤柱基本情况，运用理论分析、数值模拟、现场试验等手段，对太平煤矿特厚煤层煤柱回收技术进行了系统的研究，主要研究内容及结论包括:
　　(1)研究了煤柱不同宽度应力分布状态和载荷计算公式，分析威尔逊煤柱两区约束理论没有考虑内聚力和内摩擦角的不足之处，确定了煤柱载荷计算公式。分析了煤柱的强度影响因素和变形破坏机理，并推导了回采煤柱覆岩极限跨距和周期性垮落长度计算公式。
　　(2)设计特厚煤层煤柱的回收技术方案，采用综合机械化放顶煤开采，隔架顺序一次全量折返式放煤进行煤柱回收。修复原有采区部分巷道，确定了回采巷道布置在煤柱外两侧6.0m压力降低区，理论计算放顶煤工作面载荷，对采煤工作面设备进行设备选型。采用粉煤灰灌浆材料、阻化剂等多种防灭火措施和安全监控系统对回采期间采场和采空区自然发火进行监测预防。
　　(3)提出工作面平巷采用“高强预应力螺纹钢锚杆+菱形金属网+W型钢带+高强度低松弛预紧力锚索”的联合支护方案。根据理论分析计算结合工程类比法，确定锚杆、锚索的理论支护参数，并利用数值模拟软件对支护效果进行检验，确定了支护方案并在现场实施应用。
　　(4)通过工作面矿山压力观测得到直接顶初次垮落步距11.3m，老顶初次来压为25.4m时，周期来压步距平均15.5m，载荷峰值平均37.2MPa。确定直接顶为中等稳定顶板，老顶Ⅱ级，老顶周期来压明显，实测结果显示放顶煤开采的支架载荷与分层开采接近，说明放顶煤工作面关于支架载荷与围岩的关系不同于单一长壁工作面。
　　通过以上分析和研究，保证了太平煤矿六采区特厚煤层煤柱的安全综放回收，提高了矿井煤炭回收率，为太平煤矿及类似矿井煤柱的回收提供了参考依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及其意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究的主要内容及技术路线

2 煤柱力学特性分析

2．1 煤柱内应力分布和载荷计算

2．2 煤柱强度影响因素及变形破坏特征

2．3 煤柱工作面覆岩力学特性

2．4 本章小结

3 易燃特厚煤层煤柱采煤方法研究

3．1 易燃特厚煤层煤柱的基本概况

3．2 煤柱回收方案

3．3 采场防灭火措施

3．4 本章小结

4 易燃特厚煤层巷道支护技术

4．1 巷道支护参数计算

4．2 特厚煤层回采巷道支护方案

4．3 巷道支护数值模拟

4．4 巷道支护方案的确定

4．5 本章小结

5 试验工作面矿压观测与分析

5．1 矿压观测内容

5．2 测区布置

5．3 矿山压力实测结果及分析

5．4 本章小结

6 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间的主要成果

致谢