45°煤层水平分段综放工作面顶板控制技术研究

摘要

45°煤层水平分段综放开采不仅具有其他急倾斜煤层开采过程中存在的问题，还具有45°煤层开采下特有的难题。由于角度对顶板的影响和顶煤放煤剩余量大等因素致使采空区顶板难以垮落，形成工作面后方大量悬空。在煤矿开采过程中经常出现悬空顶板突然垮落，导致矿震、有毒有害气体突然溢出及衍生事故，严重制约煤矿安全生产。因此，45°煤层水平分段综放工作面顶板控制技术研究具有显著意义。
　　论文以神新公司乌东煤矿北采区+620水平西翼工作面为研究背景，所采煤层倾角平均为45°。开展现场工程调研，理论分析及建立数值模拟模型，揭示急倾斜煤层开采过程中顶板上覆岩层的运动规律和顶板破坏的关键所在，即顶板破碎过程中可以形成拱状稳定性结构，顶板“底部拱角”的破坏可以导致拱状稳定结构破坏。
　　基于注水软化的破坏机理，把水对岩石的损伤归结为：吸附与吸收作用，水合作用，楔入作用和溶解作用。
　　科学构建物理相似模拟模型，设计模型开采实验过程及综合监测方案，建立针对顶板区域的监测体系，包括全站仪系统对顶板位移进行监测，声发射系统对注水过程中岩体破碎事件进行收集。监测结果表明：经过注水软化后声发射试件数明显增多，测点位移较大，顶板破碎效果明显，煤体上部岩层呈“V”字形垮落，直通地表。
　　现场对顶板“底部拱角”注水软化，验证高压注水对顶板岩层的破坏作用以及“底部拱角”破坏后对顶板拱状稳定结构的破坏效果。采用地质雷达和光学钻孔摄像系统对现场注水前后顶板岩层进行监测，监测结果表明：高压注水之后顶板岩层原先含有裂隙的区域发生进一步的破碎，原先完整的区域产生裂隙，注水前后顶板破碎情况差异很大，注水软化效果明显。

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1绪 论

1.1 立项背景

1.2 国内外同类技术研究进展

1.3 总体思路和技术关键

1.4 研究内容与方法及关键技术路线

2 急倾斜煤层顶板垮落结构分析

2.1 沿倾斜剖面的冒落带高度

2.2 直接顶上覆岩层运动

2.3 直接顶岩层的运动

2.4 工作面顶板数值模拟分析

2.5 本章小结

3 注水软化的破坏机理

3.1 水对岩石强度的影响

3.2 岩石水化学损伤的机理分析

3.3 高压致裂作用

3.4 本章小结

4 注水条件下的物理相似模拟实验

4.1 地质资料

4.2 构建模型

4.3 测点布置及监测原理

4.4 顶煤与顶板围岩运动及演化特征

4.5 监测数据分析

4.6 本章小结

5 顶板注水软化及现场监测

5.1 现场注水软化

5.2 地质雷达监测

5.3 光学钻孔摄像系统监测

5.4 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录