厚煤层坚硬顶板下区段煤柱合理留设研究

摘要

本文根据山西临汾地区具体地质条件，针对厚煤层坚硬顶板下区段煤柱的合理留设宽度展开研究，运用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场实测结合的综合研究方法，分析确定了在该地质背景下合理的区段煤柱留设宽度。
　　由于9-10煤较厚、顶板坚硬，先通过理论判断上覆岩层垮落方式及来压强度。并对原先留设30m宽煤柱时的工作面进行矿压观测，掌握其基本矿压显现规律。通过弹塑性理论，计算在工作面倾向方向上:区段煤柱受上回采工作面和本工作面回采巷道掘进作用下，在煤柱两侧形成的极限平衡区宽度;在工作面走向方向上，通过数值模拟确定煤柱的安全系数，最终确定煤柱的理论宽度为5m。
　　通过相似材料模拟试验，获得该地质条件下工作面上覆岩层“三带”发育情况。并结合煤柱载荷知识，算出煤柱上覆实际载荷。与渗流力学与岩石力学相结合算出煤柱在受到载荷时透气性系数的变化，得出煤柱具体透气宽度。与理论煤柱宽度，进行比较，确定出合理的煤柱宽度。
　　为了对5m煤柱宽度合理性进行验证，我们对5m宽度煤柱维护的巷道进行矿压观测，反馈该宽度煤柱留设的合理性。
　　研究成果可为现场提供理论参考，对山西临汾地区开采9-10煤层时，留设合理的区段煤柱提供一定的参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤柱合理留设研究现状及窄煤柱稳定性

1．2．2 窄煤柱覆岩断裂规律研究

1．2．3 岩石破裂过程的渗流特性研究

1．3 研究思路及技术路线

2 坚硬顶板下厚煤层区段煤柱合理留设理论分析

2．1 引言

2．2 采场上覆坚硬顶板破坏形式

2．2．1 煤体上覆顶板分类

2．2．2 采场上覆老顶分类

2．2．3 判断上覆岩层中关键层位置

2．2．4 采场上覆坚硬顶板垮落方式

2．3 窄煤柱宽度留设基本原则及方法

2．3．1 窄煤柱宽度留设基本原则

2．3．2 窄煤柱留设的基本方法

2．4 煤柱宽度理论计算

2．4．1 区段煤柱力学模型

2．4．2 工作面回采时煤柱产生的极限平衡区宽度计算

2．4．3 留巷掘进期间煤柱产生的极限平衡区宽度计算

2．4．4 合理区段煤柱宽度

2．5 煤柱细观结构损伤与煤柱防漏能力关系

2．6 本章小结

3 区段煤柱合理留设理论计算研究

3．1 引言

3．2 9103工作面上覆顶板垮落方式

3．2．1 9103工作面地质情况概述

3．2．2 顶板分类及垮落方式判断

3．3 9103工作面上覆岩层运移规律相似材料模拟

3．3．1 相似模拟试验模型制作及实验方案

3．3．2 模拟实验结果分析

3．4 留设30m宽煤柱时工作面矿压观测

3．4．1 矿压观测的目的

3．4．2 观测的主要内容

3．4．3 9103工作面测站布置和观测方法

3．4．4 两巷矿压显现规律

3．5 9105工作面区段煤柱宽度计算

3．6 煤柱所受上覆载荷与漏风计算

3．7 本章小结

4 区段煤柱数值模拟分析研究

4．1 数值模拟计算模型的建立

4．1．1 几何模型

4．1．2 数值模拟l的力学参数

4．1．3 计算过程

4．2 计算结果及分析

4．2．1 工作面超前支承压力分布

4．2．2 区段煤柱(9103与9105工作面之间)破坏规律

4．2．3 区段煤柱(9103与9105工作面之间)应力分布规律

4．3 本章小结

5 窄煤柱巷道稳定性效果分析与评价

5．1 引言

5．2 9103工作面机巷矿压规律监测方案设计

5．2．1 矿压观测的主要内容

5．2．2 测站布置和观测方法

5．3 机巷矿压显现规律

5．3．1 表面位移

5．3．2 顶板离层仪

5．3．3 锚杆受力观测

5．4 本章小结

6 主要结论与存在不足

6．1 主要结论

6．2 存在不足

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果