乌东矿区特厚煤层综放坚硬煤岩控制技术与应用

摘要

水平分段综采放顶煤是开采急倾斜特厚煤层的一种安全高效的开采方式。急倾斜特厚煤层顶板的运移规律、垮落形态及矿山压力显现都与水平煤层、缓倾斜煤层有着很大的差别。论文以乌鲁木齐矿区神新能源有限公司乌东煤矿45°急倾斜特厚煤层顶板动力灾害为研究背景，开展顶板运移规律、动力灾害源以及动力灾害规律分析，对顶板的防治、局部强化致裂卸压有着重要的科学意义与工程应用价值。
　　论文通过收集乌东煤矿地质条件概况，掌握矿井地应力分布，了解历年开采状况。针对乌东煤矿北采区45°急倾斜特厚煤层采用水平分段综采放顶煤开采，顶板的动力灾害问题，采用了数学建模理论分析、Flac3D数值模拟等方法了解和掌握顶板的运移规律及垮落特征：a.急倾斜特厚煤层上覆煤岩体运动受采动影响以及工作面的采深和煤层的倾角有着很大的关系，随着开采水平向深部发展，工作面顶部垮落的破碎采空区增大，工作面顶部截面上承受的弯矩也随之增大；b.在同等前提下，煤层倾角越大，顶板处岩层冒落带最大高度所在位置a与采场倾斜长度三越靠近。当a＞L时，冒落带最大高度所处的位置在采空区顶部位置附近；c.不同于水平煤层、缓倾斜煤层，急倾斜特厚煤层项板的垮落方式有以下4种：①岩石沿层理方向滑移；②垮落岩石下滑(或滚动)；③底板岩石隆起；④煤层挤压(片帮)。d.工作面顶部拱状稳定结构的支撑点主要为靠近工作附近的顶板，简称为稳定结构的“底部拱角”。随着回采进行，拱状构造应力集中，拱状构造的“底部拱角”易遭到挤压破坏，拱状构造易失稳。通过掌握顶板的运移规律、失稳特征后，工程实践采用了三种不同的方式对顶板进行卸压，分别为：a.“上-中-下”三位一体爆破处理顶板；b.注水软化及注水爆破耦合处理顶板；c.超前预爆破处理顶板。并通过地质雷达、钻孔窥视、微震监测、电磁辐射等监测手段保证顶板安全垮落。三种办法相互结合、相辅相成，成功的保证了工作面、巷道的安全，矿井顶板动力灾害得到了很好的控制。
　　本研究为急倾斜特厚煤层水平分段综放工作面及动力灾害预测与控制提供了有效方法。

目录

声明

1绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 急倾斜煤层顶板动力灾害研究现状

1.3 论文研究的基本内容和方法

1.4 研究技术路线与关键问题

2急倾斜特厚煤层概况

2.1 工程研究条件概述

2.2 矿井地质条件概况

2.3矿井地应力

2.4 工作面历年开采状况

2.5顶板失稳灾害发生情况

2.6 本章小结

3急倾斜特厚煤层顶板运动规律

3.1 顶煤力学模型建立

3.2顶煤三铰拱结构分析

3.3急倾斜特厚煤层顶板垮落结构研究

3.4 顶板及覆岩运动破坏模式

3.5 直接顶上覆岩层运动

3.6 本章小结

4急倾斜特厚煤层顶板运动规律数值模拟

4.1Flac3D简介

4.2建立数值模型

4.3顶板运移演化规律

4.4 采空区上覆岩层变形演化规律

4.5 本章小结

5急倾斜特厚煤层坚硬煤岩体灾害防治工程实践

5.1“上-中-下”三位一体爆破处理坚硬顶板

5.2 注水软化及注水爆破耦合处理顶板

5.3 超前预爆破处理顶板顶煤

5.4 本章小结

6结论

致谢

参考文献

附录