综放开采坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理研究

摘要

顶煤预先爆破弱化技术是解决坚硬顶煤垮冒困难的有效方法，顶煤预先爆破的弱化作用机理是这一方法的基本理论问题之一。研究顶煤预先爆破的弱化作用机理不仅具有重要的理论意义，对提高坚硬煤层综放工作面回采率也具有一定的实际意义。 本文采用实验室相似模拟实验、计算机数值模拟和理论分析的方法，以大佛寺煤矿首采40301综放工作面为典型研究对象，并结合该工作面顶煤预先爆破弱化现场试验情况，对坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理进行了比较深入的研究。 根据相似模拟实验，分析了预先爆破对顶煤破断和垮落特征的影响。应用有限差分程序FLAC<'3D>模拟分析了预先爆破弱化后的顶煤支承压力、位移及破坏区域的分布特征。在此基础上，通过分析预先爆破对顶煤破坏过程及破坏特征的影响，总结认为顶煤预先爆破具有爆破直接破碎作用、局部应力集中作用、控制顶煤垮落角和垮落位置作用、爆破空腔位移空间补偿作用四种弱化作用形式，其中一般以局部应力集中作用和控制顶煤垮落角作用为主。 研究认为，改变顶煤的整体结构力学特征，并充分利用矿山压力的破煤作用是顶煤预先爆破能够改变坚硬顶煤垮冒性态的主要原因，由此建立了综放开采坚硬顶煤弱化爆破后顶煤的整体结构力学模型，并分析了顶煤发生破坏的基本条件。 大佛寺煤矿40301综放工作面的现场试验取得了良好的安全和技术经济效果，进一步验证了本文提出的坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题提出及研究意义

1.2国内外研究动态及发展趋势

1.2.1综放开采技术发展概况

1.2.2坚硬特厚煤层综放开采技术发展现状及趋势

1.2.3综放开采坚硬顶煤预先爆破弱化技术研究现状及趋势

1.2.4煤体爆破理论发展现状

1.3研究目标和主要研究内容

1.3.1预期研究目标

1.3.2主要研究内容

1.4研究方法及技术路线

2坚硬顶煤预先爆破的弱化作用相似材料模拟模型实验

2.1实验内容

2.2实验原型条件

2.3实验设计

2.3.1实验模型

2.3.2相似材料及配比参数

2.3.3模拟爆破方式和基本参数确定

2.3.4测试方法及实验步骤

2.4实验主要过程分析

2.4.1顶煤顶板移动破坏特征

2.4.2坚硬顶煤预先爆破的弱化作用模拟实验分析

2.4.3支承压力分布特征

2.5预先爆破对顶煤垮冒形态的影响

2.6预先爆破的主要弱化作用形式

2.7相似模拟实验结论

2.8本章小结

3坚硬顶煤预先爆破的弱化作用数值分析

3.1 FLAC3D软件简述

3.2计算模型的建立

3.2.1计算模型

3.2.2本构关系

3.2.3力学参数的选取

3.3计算结果及分析

3.3.1顶煤应力分布特征

3.3.2顶煤位移特征

3.3.3顶煤破坏区分布特征

3.4数值模拟结论

3.5本章小结

4坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理

4.1综放工作面坚硬顶煤破坏基本特征

4.2坚硬顶煤预先爆破弱化的基本思路

4.3坚硬顶煤预先爆破的弱化作用机理

4.4坚硬顶煤预先爆破作用分析

4.4.1顶煤预先爆破特点

4.4.2坚硬煤体预先弱化爆破的破煤机理

4.4.3坚硬顶煤弱化爆破破坏区分布特征

4.5顶煤预先弱化爆破炮孔的布孔方式分析

4.6顶煤弱化爆破后的力学结构模型与破坏分析

4.6.1顶煤弱化爆破后的力学结构模型

4.6.2弱化爆破后顶煤破坏分析

4.7爆破、支承压力和支架反复支撑破煤作用的相互关系

4.8本章小结

5工程实例

5.1 40301综放工作面基本条件

5.2 40301工作面顶煤预先弱化爆破试验方案

5.3现场试验效果

5.3.1顶煤冒放情况分析

5.3.2工作面回采率分析

5.4本章小结

6结论

致 谢

参考文献

附 录