极近距离煤层刀柱采空区下长壁开采矿山压力及其控制研究

摘要

极近距离煤层刀柱采空区下长壁开采法是指两层煤层的层间距离很近，上层煤层采用刀柱采煤法进行回采，下层煤层采用长壁采煤法进行回采。对于极近距离煤层，随着煤层间距离的减小，上下煤层间开采的相互影响程度加大。当煤层间距离很近时，受上层煤层开采的影响，下层煤层项板将受到不同程度的损伤，使顶板结构发生变化。工作面矿山压力显现特征、支架与围岩控制关系、回采巷道的布置特点及支护方式、开采工艺和安全技术保障等均具有特殊性。特别是对于极近距离煤层的上层煤层采用刀柱式采煤法、下层煤层采用长壁式采煤法的条件下，下层煤层受到上层煤层开采的影响，下层煤层的回采工作面和巷道顶板产生严重变形甚至发生破坏，极易冒、漏顶。当与上层煤层的刀柱采空区沟通时，造成工作面漏风，严重影响矿井的安全生产。 由于这种情况在实际当中很少出现，目前对这方面的系统理论研究还很缺乏。王封煤矿的8号煤层采用刀柱采煤法，现在该煤层即将回采完毕。而位于8号煤层下方平均距离仅有0.75m处的9号煤层是该矿煤质最好、厚度为3.33m的煤层，为了提高9号煤层的回采率和机械化水平，延长矿井的服务年限，提出了王封煤矿极近距离煤层上层8号煤层刀柱采空区下的9号煤层长壁开采法。本文针对王封煤矿8号煤层开采的实际情况，通过井下现场调研、围岩物理力学参数试验、理论分析、Ansys软件数值模拟计算，对8号煤层顶板矿山压力及其显现、残留煤柱受力及稳定性的分析、集中载荷下底板应力传递规律和对9号煤层长壁回采时顶板的矿山压力及其显现、工作面支架支护阻力及初撑力的确定、回采巷道矿山压力控制等进行了研究，为解决类似问题的刀柱采空区下长壁开采提供了参考依据和开辟了新途径。 因此，对极近距离煤层刀柱采空区下长壁开采的矿山压力及其控制研究，不仅丰富了极近距离煤层开采的理论和实践，同时，对于王封煤矿拓宽主业渠道、提高煤炭资源回收率和机械化水平有着重要的现实意义和应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1极近距离煤层的定义

1.2课题的提出

1.3国内外研究的现状

1.4研究内容、主要技术关键及技术路线

第二章8号煤层围岩破坏特征及底板应力传递规律

2.1 8号煤层开采直接项垮落特征

2.1.1 8号煤层直接顶垮落特征分析

2.1.2 8号煤层直接顶冒落情况

2.2 8号煤层煤柱变形破坏特征分析

2.2.1煤柱的弹塑性变形区

2.2.2煤柱的极限强度

2.2.3煤柱承受荷载的计算

2.3 8号煤层开采老顶运动特征

2.3.1 8号煤层若采用长壁回采时老项运动步距的计算

2.3.2 8号煤层老顶的实际运动状态

2.4 8号煤层煤柱在底板岩层中的应力分布规律

2.4.1 8号煤层底板岩体原岩应力状态确定的理论

2.4.2 8号煤层开采后底板岩体应力状态

第三章9号煤层回采时矿山压力显现规律及其控制

3.1 9号煤层长壁工作面顶板来压特征

3.1.1采场上覆岩层结构理论研究的成果

3.1.2 9号煤层直接顶垮落特征分析

3.1.3 9号煤层老顶结构的稳定性分析

3.2 9号煤层长壁工作面老顶的垮落步距

3.2.1 9号煤层长壁工作面老顶的初次垮落步距

3.2.2 9号煤层长壁工作面老顶的周期垮落步距

3.3 9号煤层长壁工作面支架支护阻力的确定

3.4 9号煤层采场巷道矿山压力控制

3.4.1回采巷道围岩控制理论的研究成果

3.4.2 9号煤层受采动影响回采巷道开掘的合理位置和时间

3.4.3 9号煤层受采动影响回采巷道围岩变形量的预计

3.4.4 9号煤层受采动影响回采巷道支护

第四章极近距离煤层围岩破坏数值模拟

4.1有限单元法的基本原理

4.2模拟软件的简介

4.2.1 Ansys主要功能

4.2.2 Ansys分析步骤

4.3 8号煤层开采围岩破坏特征及应力分布数值分析

4.3.1模拟模型的建立

4.3.2模拟模型的计算结果分析

4.4 9号煤层回采工作面矿山压力显现规律数值分析

4.5 9号煤层回采巷道在不同布置位置时的数值模拟

4.5.1模拟模型的建立

4.5.2数值模拟结果分析

第五章主要结论及努力方向

5.1主要结论

5.2论文中的不足及今后努力的方向

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文