大采高综放开采顶煤冒放性及煤壁稳定性研究

摘要

论文采用理论分析与数值分析相结合为主、现场实测为辅的研究方法，主要研究大采高综放开采加大割煤高度后在安全性、顶煤冒放性、煤壁稳定性等方面的变化规律与影响因素。重点研究了大采高综放开采工作面瓦斯涌出规律，分析了瓦斯、顶板、尘害、水害、自然发火等对大采高综放开采安全性的影响；研究了割煤高度、顶煤厚度等因素对大采高综放工作面顶煤冒放性及顶煤回收率的影响；分析了影响大采高综放开采煤壁稳定性的因素。在上述研究的基础上，系统研究了大采高综放开采的适应性，给出了大采高综放开采的适应条件。论文主要研究成果：
　　 (1)随着割煤高度的增加，工作面不同位置处的瓦斯浓度均有下降，采用大采高综放开采时的安全性较相同地质条件下普通综放开采在顶板、瓦斯、自然发火等灾害控制方面具有优越性，大采高综放开采可以实现安全开采。
　　 (2)加大割煤高度有利于提高顶煤冒放性及顶煤的回收率，随顶煤厚度增大，顶煤回收率先升高后降低，为保证顶煤较高的回收率，顶煤厚度存在一个合理的极限厚度。
　　 (3)割煤高度、煤层强度、支架支护强度对煤壁稳定性有显著影响。在一定煤层条件下，割煤高度、煤层强度是影响大采高综放开采应用的关键因素，采用大采高综放开采时，为保证工作面煤壁稳定性，需确定合理的割煤高度与支架支护强度。
　　 (4)根据保证综放开采煤壁稳定性和较高的顶煤回收率的要求，分析了大采高综放开采适应性，提出了割煤高度、煤层厚度和煤层普氏硬度系数必须同时满足的关系式。给出了大采高综放开采对煤层强度下限的要求以及对煤层开采厚度上限的要求。
　　 (5)分析了大采高综放工作面煤层厚度与支架支护强度的关系，提出巨厚煤层大采高综放开采支架支护强度的确定方法，指出受支架制造水平影响，一次采出煤厚存在一个极限，超过该极限，需进行分层开采。
　　 (6)实际应用表明大采高综放开采是综放开采实现进一步安全高效的有效途径。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 问题的提出

1.1.1 我国厚煤层开采技术发展现状

1.1.2 我国长壁工作面装备现状

1.1.3 影响普通综放工作面产量的主要原因

1.1.4 大采高综放开采技术的提出

1.2 文献综述

1.2.1 放顶煤开采技术的发展现状

1.2.2 综放工作面矿压研究现状

1.2.3 大采高综采技术发展现状

1.2.4 大采高综采工作面矿压研究现状

1.2.5 厚煤层开采瓦斯治理技术现状分析

1.2.6 大采高综放开采发展现状

1.3 论文研究的主要内容及方法

2 大采高综放开采安全性分析

2.1 瓦斯事故安全性分析

2.1.1 割煤高度对瓦斯涌出影响

2.1.2 瓦斯事故防治优势分析

2.1.3 瓦斯治理主要措施

2.2 顶板事故安全性分析

2.2.1 顶板活动特征

2.2.2 顶板事故一般类型及措施

2.3 尘害安全性分析

2.3.1 煤尘危害性

2.3.2 煤尘来源与分布特征

2.3.3 尘害安全性控制措施

2.4 水害安全性分析

2.4.1 割煤高度对综放开采工作面裂隙带高度的影响

2.4.2 大采高综放条件下防治水一般措施

2.5 自然发火安全性分析

2.5.1 自然发火特征

2.5.2 自然发火治理措施

2.6 本章小结

3 大采高综放开采顶煤冒放性影响因素分析

3.1 大采高综放开采顶煤冒放性数值模拟研究

3.1.1 FLAC3D模拟模型的建立

3.1.2 顶煤冒放性评价指标的提出

3.1.3 割煤高度对顶煤冒放性的影响

3.1.4 顶煤厚度对顶煤冒放性的影响

3.1.5 埋藏深度对顶煤冒放性的影响

3.1.6 煤层强度对顶煤冒放性的影响

3.2 大采高综放开采顶煤回收率数值模拟研究

3.2.1 PFC数值模拟模型的建立

3.2.2 割煤高度对顶煤回收率的影响

3.2.3 顶煤厚度对顶煤回收率的影响

3.3 本章小结

4 大采高综放开采煤壁稳定性研究

4.1 割煤高度与煤壁稳定性关系研究

4.1.1 割煤高度对煤壁应力分布的影响

4.1.2 割煤高度对煤壁变形的影响

4.1.3 割煤高度对煤壁破坏的影响

4.2 煤层厚度与煤壁稳定性关系研究

4.2.1 煤层厚度对煤壁应力分布的影响

4.2.2 煤层厚度对煤壁变形的影响

4.2.3 煤层厚度对煤壁破坏的影响

4.3 煤层强度与煤壁稳定性关系研究

4.3.1 煤层强度对煤壁应力分布的影响

4.3.2 煤层强度对煤壁变形的影响

4.3.3 煤层强度对煤壁破坏的影响

4.4 支架支护强度对煤壁稳定性关系研究

4.4.1 支架支护强度对煤壁应力分布的影响

4.4.2 支架支护强度对煤壁变形的影响

4.4.3 支架支护强度对煤壁破坏的影响

4.5 本章小结

5 大采高综放开采适应性研究

5.1 顶煤冒放性影响因素综合分析

5.1.1 顶煤冒放性数值模拟正交方案设计

5.1.2 顶煤冒放性多因素分析结果

5.2 煤壁稳定性影响因素综合分析

5.2.1 煤壁稳定性评价指标的提出

5.2.2 煤壁稳定性数值模拟正交方案设计

5.2.3 煤壁稳定性多因素分析结果

5.3 大采高综放开采的适应条件分析

5.4 大采高综放开采煤层厚度与支架支护强度关系研究

5.4.1 综放支架工作阻力确定的主要方法

5.4.2 顶板结构分析估算法存在的问题

5.4.3 煤层厚度与支架合理支护强度关系研究

5.5 本章小结

6 大采高综放开采应用实践研究

6.1 大采高综放开采技术在低瓦斯特厚煤层中的应用

6.1.1 试验工作面煤岩地质条件

6.1.2 大采高综放开采适应性分析

6.1.3 试验工作面生产技术条件

6.1.4 试验工作面开采效果

6.2 大采高综放开采技术在高瓦斯煤层中的应用

6.2.1 试验工作面煤岩地质条件

6.2.2 大采高综放开采适应性分析

6.2.3 试验工作面生产技术条件

6.2.4 试验工作面瓦斯涌出特征

6.2.5 试验工作面开采效果

6.3 本章小结

7 主要结论、创新点与展望

主要参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间承担的科研项目

致谢