千树塔煤矿特厚煤层综放开采覆岩活动规律研究

摘要

论文针对榆林、鄂尔多斯地区特厚煤层综放工作面特殊的地质条件：煤层埋深普遍小于250m，煤层厚度7~15m，基岩薄、松散层厚的特点，以千树塔煤矿综放工作面为工程背景，采用现场实测、相似模拟、数值模拟、数理分析相结合的综合研究手段，研究并得出了千树塔煤矿在不同煤层赋存条件下的覆岩结构特征、活动规律及主要影响因素，以此研究了不同覆岩结构条件下支架工作阻力确定的下限值，主要结论有：
　　⑴煤层开采厚度、基岩层厚度、松散层厚度、埋藏深度是影响千树塔煤矿综放开采覆岩活动规律的主要影响因素，但最主要的影响因素是基岩厚度与开采厚度的比值，即基采比。
　　⑵基采比的变化导致了覆岩形成不同结构形式：当基采比≥13.33时，为“铰接岩梁”结构；
　　当8.89≤基采比＜13.33时，为“组合悬臂梁—铰接岩梁”结构；
　　当6.67≤基采比＜8.89时，为“组合悬臂梁—铰接岩梁—拱”结构；当基采比＜6.67时，为“大组合悬臂梁”结构。
　　⑶“铰接岩梁”、“组合悬臂梁—铰接岩梁”、“组合悬臂梁—铰接岩梁—拱”、“大组合悬臂梁”覆岩结构对应的支架工作阻力下限值解析计算式分别依次为：此处公式省略...
　　当覆岩中存在“铰接岩梁”时，综放支架工作阻力与松散层厚度、松散层垮落角无关；当覆岩中不存在“铰接岩梁”时，综放支架工作阻力随松散层厚度及其垮落角的增加线性增大。
　　⑷千树塔煤矿11305综放工作面对覆岩控制最为不利的结构是“组合悬臂梁—铰接岩梁—拱”结构，此时支架应具备的工作阻力下限值为14921.09kN。现场实测平均循环末阻力为10840kN，最大循环末阻力为16536kN，现有ZF16000/24/45型综放支架能满足11305综放工作面支护要求，适应性较好。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 文献综述

1.3 研究的内容与方法

2 千树塔煤矿综放工作面矿压显现规律实测研究

2.1 11305综放工作面概况

2.2 11305综放工作面初采期间矿压显现规律

2.3 综放工作面矿压显现规律的埋深效应

2.4 综放工作面矿压显现规律的基岩厚度效应

2.5 本章小结

3 综放工作面覆岩活动规律的相似模拟研究

3.1 相似模拟实验模型的建立

3.2 综放工作面覆岩活动规律的埋深效应

3.3 综放工作面覆岩活动规律的采厚效应

3.4 综放工作面覆岩活动规律的基岩厚度效应

3.5 综放工作面覆岩活动规律的基采比效应

3.6 本章小结

4 综放工作面覆岩活动规律的数值模拟研究

4.1 数值模拟模型的建立

4.2 综放工作面覆岩塑性区及应力分布的埋深效应

4.3 综放工作面覆岩塑性区及应力分布的采厚效应

4.4 综放工作面覆岩塑性区及应力分布的基岩厚度效应

4.5 综放工作面覆岩塑性区及应力分布的基采比效应

4.6 本章小结

5 综放采场覆岩力学结构的理论研究

5.1 千树塔煤矿综放采场覆岩力学模型

5.2 综放采场“支架-围岩”关系

5.3 综放支架工作阻力下限值的确定

5.4 综放支架工作阻力影响因素分析

5.5 本章小结

6 工程应用

6.1 千树塔11305综放支架工作阻力确定

6.2 ZF16000/24/45型综放支架适应性分析

6.3 不同基采比情况下矿压显现规律分析

6.4 “支架-围岩”相互作用关系的实测分析

6.5 本章小结

7 结论、创新点及展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

攻读博士学位期间学术成果

致谢