厚基岩浅埋煤层大采高长工作面矿压规律研究

摘要

随着神东矿区的开发，我国学者对薄基岩浅埋煤层进行了深入的研究，得出了典型浅埋煤层工作面上覆岩层移动以及矿压显现规律，很好地指导了现场生产。近几年随着神东矿区工作面的加长、采高的逐渐增大、上覆岩层基岩厚度增大，厚基岩浅埋煤层覆岩移动和矿压显现规律研究无疑成为了新问题。 本文针对乌兰木伦煤矿61203工作面地质条件，采用理论分析、相似模拟实验、数值模拟和现场数据分析等方法，对厚基岩浅埋煤层大采高加长工作面矿压规律进行了研究。运用“关键层理论”对覆岩移动规律进行了研究，并进行了理论计算。利用物理相似模拟对支架工作阻力、覆岩移动规律、底板支撑压力进行了分析。采用RFPA2D数值模拟方法对厚基岩大采高工作面开采过程进行了模拟，对顶板垮落过程和覆岩移动规律进行了分析。通过现场监测，从走向和倾向两个方面对矿压规律进行了分析，对厚基岩条件下工作面长度和支架合理工作阻力进行了研究。 研究表明，乌兰木伦煤矿1-2煤层大采高加长工作面矿压规律明显，来压期间支架的工作阻力比较大，工作面压力一般呈中间大，两头小；初次来压步距为42～64m，周期来压步距平均为12.9～13.3m；采场来压将呈现非均匀性周期变化，分析出了支架合理的工作阻力，其参数范围应为9827～13115kN/架。模拟了工作面支架的“支架-围岩”相互关系，得出了底板支撑压力影响范围，分析出上覆岩层不会出现沿工作面整体切落的剧烈矿压显现，而是出现“三带”分布。通过“关键层理论”建立了关键岩块结构力学模型，得到了厚基岩厚关键层条件下综采工作面支架合理支护阻力的理论计算值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1论文选题的背景和意义

1.1.1论文选题的背景

1.1.2论文选题的意义

1.2浅埋煤层国内外研究现状及发展趋势

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内的研究现状

1.3研究的内容和方法

2覆岩移动规律研究

2.1岩层控制中的关键层理论

2.1.1关键层的判断

2.1.2关键层机构稳定性条件

2.1.3上覆岩层"三带"划分的研究

2.1.4"S-R"稳定条件

2.2组合关键层理论

2.3工作面上覆岩层移动规律

2.3.1上覆岩层特征

2.3.2关键层判断

2.3.3关键层对矿压的影响

2.3.4垮落带和断裂带高度的确定

2.3.5关键岩块稳定性分析

2.3.6厚关键块受力分析

2.3.7关键块上载荷的确定

2.3.8工作面支架理论工作阻力

2.4本章小结

3厚基岩浅埋煤层大采高加长工作面开采相似模拟实验

3.1实验的目的、意义和主要内容

3.1.1相似模拟研究的主要目的和任务

3.1.2模拟研究内容

3.2地质概况和开采技术条件

3.2.1地质概况

3.2.2开采技术条件

3.3相似模拟实验设计

3.3.1相似模拟理论依据

3.3.2相似模拟实验设计

3.3.3模拟试验支架

3.3.4开挖设计

3.4模拟实验结果及分析

3.4.1工作面来压判据

3.4.2顶板破断及矿压显现规律

3.4.3工作面支架阻力分析

3.4.4地表下沉观测

3.4.5底板应力分布

3.5本章小结

4厚基岩大采高工作面的数值模拟实验

4.1 RFPA2D数值模拟软件介绍及特点

4.2 RFPA2D数值模拟设计

4.3 RFPA2D模拟结果与分析

4.4本章小结

5 61203工作面矿压规律

5.1矿井概况

5.1.1矿井地质概况

5.1.2工程地质

5.2工作面概况

5.3工作面矿压规律

5.3.1观测方法

5.3.2沿工作面走向矿压规律

5.3.3沿工作面倾向矿压规律

5.4支架受力特点

5.5厚基岩条件下决定的工作面长度

5.6本章小结

6结论

致 谢

参考文献

附 录