旧采残煤区采场围岩控制技术研究

摘要

煤炭是中国的基础能源，在一次能源构成中占70％左右，在未来几十年内以煤为主的能源生产和消费格局是不会发生改变的。但随着多年来煤炭资源的不断开采以及落后的采煤方法，回收率不足30％，致使如今优质煤炭资源的储量越来越少。以山西忻州神达望田煤业8号煤层旧采为例，由于受生产方式简陋，单井规模小，采煤方法落后等条件限制，一直采用巷柱式开采或以掘代采采煤方法等多种采煤方法，遗留了大量的煤炭资源。现如今，把过去浪费掉的煤炭资源重新回收利用显得越来越重要，而旧采残煤区资源再回收是解决此问题的有效手段之一。但由于旧采残煤区煤层赋存条件的复杂性，使得在再回收过程中将会面临诸多技术问题，特别是回采工作面顶板围岩控制技术。
　　 本论文以山西忻州神达望田煤业8号煤层旧采残煤区遗留煤炭资源再回收为研究对象，提出了采用长壁综采回收残煤的开采技术方案;在对残煤赋存形态充分调研的基础上，采用理论分析、实地调研、数值模拟等方法，研究了旧采残煤区长壁综采工作面围岩应力分布规律，研究的内容与结论如下:
　　 1、通过对望田煤业旧采残煤区8号煤层赋存结构的分析，初步建立了七种顶板力学模型。根据现场调研和观测，确定了七种顶板力学模型中的五种作为望田煤矿的研究对象。
　　 2、通过理论分析，系统的论证了当单点煤柱受力时，煤柱中部上方顶板处所受应力最大;多点煤柱受力时，煤柱上方顶板受力最大;当煤柱宽度超过7.73m时，旧采残煤区中遗留的煤柱具有支撑能力。
　　 3、利用RFPA数值模拟软件，系统分析旧采残煤区回采工作面回采实体煤、煤柱以及工作面前方为煤柱与不同煤柱间距中回采时围岩应力分布规律;
　　 4、通过对望田煤矿五种顶板力学模型的分析，总结出旧采残煤区二次回采过程中支架与围岩三种状态位置关系:①煤柱体下状态;②支架上方为空区状态;③过空巷状态。并将之归结为两种顶板管理方式，分别为旧采残煤区回采工作面回采煤柱时的顶板管理和旧采残煤区回采工作面过空顶和空巷时顶板管理两种管理方式，针对不同的管理方式提出了相应的控制技术。
　　 综合以上研究分析，对旧采残煤区长壁综采工作面围岩控制技术进行更深入的探讨，进一步完善长壁开采残煤时工作面围岩控制技术措施。针对不同的顶板管理方式提出工作面将会面临的技术难题，提出不同的尝试。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．1．1 问题的提出

1．1．2 旧采残煤区残煤开采围岩控制的研究意义

1．2 国内外研究现状及存在的问题

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 目前研究存在的问题

1．3 研究的主要内容及技术路线

第二章 旧采残煤区资源赋存状况及开采条件

2．1 开采残煤区域现状

2．1．1 残煤资源概况

2．1．2 拟复采工作面概况

2．1．3 拟复采综采工作面旧式开采情况

2．2 旧采残煤区煤层赋存结构

2．3 资源再回收区域采空区积水、积气状况

2．3．1 资源再回收区域采空区积水状况

2．3．2 资源再回收区域采空区积气状况

2．4 其他开采技术条件

2．4．1 构造对资源再回收区域的影响

2．4．2 岩浆岩对资源再回收区域的影响

第三章 旧采残煤区煤柱顶板力学分析

3．1 旧采残煤区顶板现状

3．2 望田煤业有限公司旧采残煤区顶板应力力学分析

3．2．1 单点煤柱支撑(蘑菇状)状态下的顶板力学模型分析

3．2．3 多点煤柱支承顶板受力分析

3．3 本章小结

第四章 旧采残煤区采场围岩应力数值模拟分析

4．1 旧采残煤区采场顶板分析

4．2 旧采残煤区采场围岩应力数值模拟

4．2．1 RFPA数值模拟软件系统介绍

4．2．2 工作面过实体煤时采场围岩应力分布数值模拟分析

4．2．3 望田煤矿遗留煤柱支撑能力分析

4．2．4 工作面前方为煤柱时采场围岩应力分布研究

4．2．5 旧采残煤区工作面过煤柱时前方煤柱支承压力分布规律数值模拟分析

4．2．6 旧采残煤区工作面前方不同煤柱间距时应力变化规律分析

4．2．7 不同情况下工作面推进应力分布对比分析

4．3 本章小结

第五章 旧采残煤区采场顶板控制技术研究

5．1 旧采残煤区采场顶板与支架的相对关系分析

5．2 旧采残煤区采场顶板控制技术

5．2．1 旧采残煤区回采工作面过煤柱时顶板控制技术

5．2．2 旧采残煤区回采工作面过空区、空巷时顶板控制技术

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 小结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文和参加的科研项目