王庄煤业大采高工作面沿空留墙切顶卸压护巷技术研究

摘要

晋能集团王庄煤业主采3号煤层，3号煤层平均煤厚5m，大采高开采。为减少煤炭资源损失、提高煤炭采出率，采用沿空留墙无煤柱护巷，即在3503工作面和3505工作面间进行沿空留墙无煤柱开采。在3503工作面运输巷外帮侧进行提前扩帮，然后在扩帮区浇注混凝土墙体，待3503工作面回采过后，且采空区岩层活动趋于稳定时，紧贴混凝土墙体掘进3505工作面回风巷，实现无煤柱开采。由于3503工作面回采后，采空区侧向支承压力较大，导致沿空留墙（混凝土墙体）变形破坏较为严重，3505工作面回风巷围岩控制难度增大，支护困难。针对这一问题，提出了大采高工作面沿空留墙切顶卸压护巷技术研究：通过实验室实验，掌握巷道顶底板岩层的岩性及参数；通过理论研究，分析大采高工作面顶板各分层岩层载荷和采空区侧向顶板岩层的破断特征；通过数值模拟计算，验证切顶卸压护巷技术的可行性，并给出切顶卸压护巷方案；通过现场实践，达到了卸压护巷的目的。 主要研究结论为： （1）理论分析顶板各分层岩层载荷和采空区侧向顶板岩层的破断特征。构建沿空留墙（混凝土墙体）载荷理论计算模型，给出沿空留墙（混凝土墙体）载荷计算公式，明确沿空留墙（混凝土墙体）载荷与采空区侧向顶板悬臂长度的关系：基本顶悬臂长度越长，沿空留墙（混凝土墙体）所受载荷越大。说明缩短基本顶悬臂长度就可以减轻沿空留墙（混凝土墙体）所受的载荷。 （2）基于上述理论研究和计算结果，运用flac3D软件对比分析不切顶和切顶两种条件下3503工作面回采后沿空留墙（混凝土墙体）的应力情况，3505工作面回风巷掘进后的巷道围岩应力、变形、塑性区分布情况，通过对模拟结果的分析比较，验证切顶卸压护巷技术的可行性。 （3）切顶卸压护巷方案设计：通过设计并在3503工作面运输巷进行切顶卸压工程实践，后期观测表明达到卸压护巷的目的。

目录

第一个书签之前

摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1选题的来源和背景

1.2国内外研究现状

1.2.1采场上覆岩层结构理论分析研究现状

1.2.2无煤柱开采发展现状

1.2.3切顶卸压发展现状

1.3论文的研究目的、内容、方法和技术路线

1.3.1研究目的和内容

1.3.2研究方法和技术路线

第二章 矿井概况

2.1井田概况

2.1.1井田位置

2.1.2自然地理

2.1.3含煤地层

2.2工作面概况

2.2.1工作面位置

2.2.2 煤层赋存特征

2.2.3 地质构造情况

2.2.4 水文地质情况

2.2.5 影响回采的其它因素

2.3顶板岩层钻孔窥视

2.4顶底板岩层物理力学参数测试

2.5本章小结

第三章 沿空留墙技术原理及方案设计

3.1沿空留墙技术原理

3.2运输巷基本支护方式

3.3超前扩帮支护

3.3.1扩帮位置及断面

3.3.2扩帮区顶板支护

3.3.3扩帮区煤帮支护

3.4混凝土墙支护设计

3.5沿空留墙工艺流程

3.6本章小结

第四章 采空区侧向顶板岩层破断特征研究

4.1侧向顶板岩层垮落规律分析

4.2侧向顶板各分层岩层载荷计算

4.3沿空留墙载荷理论分析

4.4本章小结

第五章 切顶卸压数值模拟试验

5.1数值模型的建立

5.2模拟方案

5.3模拟结果及对比分析

5.3.1不切顶和切顶条件下3503工作面回采后混凝土墙体的应力分析

5.3.2不切顶和切顶条件下对3505回风巷掘进后巷道围岩的影响分析

5.4本章小结

第六章 切顶卸压护巷技术工程实践

6.1切顶卸压护巷方案设计

6.1.1切顶高度设计

6.1.2炮孔布置

6.1.3钻孔施工机具

6.1.4装药施工流程

6.1.5炮孔爆破时间和方式

6.2爆破工艺

6.2.1爆破所需的设备和火工品

6.2.2装药施工流程

6.3 实际应用效果

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 不足与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间的学术成果