浅埋煤层大采高工作面矿压规律与“支架-围岩”关系研究

摘要

陕北侏罗纪煤田广泛赋存着浅埋煤层,大采高综采已成为该区厚煤层安全高效开采的主要方法。多年的生产实践表明,浅埋煤层大采高工作面矿压显现强烈及支架―围岩关系认识不统一,围岩控制主要依靠传统理论与经验。因此,研究浅埋煤层大采高工作面矿压规律,揭示支架―围岩关系,对浅埋煤层大采高开采具有重要的理论与实践价值。
　　本文分别对大柳塔煤矿4m采高20601综采工作面、大柳塔煤矿4.3m采高20604综采工作面、榆树湾煤矿5m采高20102综采工作面、补连塔煤矿5.5m采高32206综采工作面、张家峁煤矿6m采高15201综采工作面、纳林庙煤矿6.3m采高62105综采工作面和补连塔煤矿7m采高22303综采工作面共7个浅埋煤层大采高工作面的矿压实测数据进行了系统的分析,得出了浅埋煤层大采高工作面矿压显现基本规律。以张家峁煤矿15201综采工作面为原型,分别进行采高为4m、5m、6m和7m时矿压相似模拟实验对比研究,得出了浅埋煤层大采高工作面覆岩结构及运动规律。在现场实测和相似模拟实验的基础上,从支架工作阻力、动载系数、顶板来压步距和覆岩结构等方面分析了浅埋煤层大采高工作面矿压特征及影响因素。基于浅埋煤层大采高工作面―老顶―直接顶―(支架+煤壁)―底板支撑系统,提出了―支架―围岩关系的系统刚度模型,给出新的支架和煤壁刚度计算公式。根据―支架-围岩系统刚度模型,给出了浅埋煤层大采高工作面支架的工作状态,结合覆岩结构模型,建立了悬伸岩梁力学模型和台阶岩梁力学模型,给出了支架工作阻力的计算公式。
　　以榆树湾煤矿20102大采高工作面和张家峁煤矿15201大采高工作面为例,计算周期来压时控制顶板所需的最小支架工作阻力,计算结果与实测基本相近,验证了计算公式的可靠性。

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1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 浅埋煤层大采高国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

2 浅埋煤层大采高工作面矿压显现规律实测分析

2.1 大柳塔煤矿 20601 大采高工作面矿压显现规律

2.2 大柳塔煤矿 20604 大采高工作面矿压显现规律

2.3 榆树湾煤矿 20102 大采高工作面矿压显现规律

2.4 补连塔煤矿 32206 大采高工作面矿压显现规律

2.5 张家峁煤矿 15201 大采高工作面矿压显现规律

2.6 纳林庙煤矿 62105 大采高工作面矿压显现规律

2.7 补连塔煤矿 22303 大采高工作面矿压显现规律

2.8 本章小结

3 浅埋煤层大采高工作面覆岩结构及运动规律相似模拟实验

3.1 浅埋煤层大采高工作面相似模拟实验目的及内容

3.2 浅埋煤层大采高工作面相似模拟实验地质条件

3.3 浅埋煤层大采高工作面相似模拟实验设计

3.4 浅埋煤层大采高工作面相似模拟实验过程及分析

3.5 浅埋煤层大采高工作面相似模拟实验结果

3.6 本章小结

4 浅埋煤层大采高工作面矿压特征及影响因素分析

4.1 采高及覆岩结构组成对矿压特征的影响

4.2 覆岩结构及运动规律

4.3 本章小结

5 浅埋煤层大采高工作面―支架-围岩‖关系

5.1 浅埋煤层大采高工作面―支架-围岩‖系统刚度模型

5.2 浅埋煤层大采高工作面支架工作状态判定

5.3 浅埋煤层大采高工作面支架工作阻力计算

5.4 浅埋煤层大采高工作面支架工作阻力计算实例分析

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附 录