极松散“三软”煤层采场顶板控制技术研究

摘要

多年以来，我国对难采煤层采场顶板控制技术进行了大量的研究，已经取得了一定的成果，但还存在一系列的问题。大多数采场顶板控制设计还是依靠经验来进行，这种方法具有局限性并存在一定的盲目性，很难做到安全控制顶板，往往造成顶板事故多，支护效率低，经济效益差的局面。为了改变这一局面，有必要研究一套系统的顶板控制设计方法。本文在分析大量工程实测和现场调查的基础上，根据大刘煤矿2煤层2103工作面的地质条件和煤层赋存状况，通过理论分析，针对极松散“三软”煤层采场顶板控制的困难，优化炮采工艺参数，提出了单体液压支柱配合万钢梁、双抗塑料网和塘材棍形成综合支护体系的顶板控制方案。本着“支、护、稳、让”兼顾，以“护”为主的原则，采取了“加强护顶、护好底板、控制片帮”的一套系统的顶板控制措施。然后采用FLAC<'3D>数值模拟和实验室相似模拟试验分析，对极松散“三软”煤层采场围岩应力分布规律，顶底板岩层运动规律，采场支承压力分布规律进行了系统研究，得出了采场顶板来压步距和强度、需控岩层的范围和采场前方支承压力分布特征。再结介现场实测分析，对控制方案的合理性进行验证，进而优化设计方案，保证安全高效回采。本文研究成果对“三软”煤层开采和破碎顶板管理具有指导意义和参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3存在的问题

1.4论文研究的主要内容

1.5论文研究的意义

1.6研究方法手段及主要技术路线

2二煤层开采参数选取及控制技术

2.1 2煤层2103工作面概况

2.2采煤工艺参数选择

2.2.1微差毫秒爆破落煤工艺

2.2.2炮眼布置

2.2.3微差毫秒爆破机理

2.2.4微差毫秒爆破技术措施

2.3采场顶板控制方案设计

2.3.1单体液压支柱+π型钢梁控制设计

2.3.2单体液压支柱+铰接顶梁控制设计

2.4采场支护设计

2.4.1矿山压力与采场支护设计的关系

2.4.2采场支护设计原理

2.4.3采场支架的选择

2.4.4合理支护密度的确定

2.5采场顶板控制技术措施

2.5.1采场顶板控制的原则

2.5.2采场顶板控制的主要技术措施

2.6本章小结

3采场岩层移动规律数值模拟研究

3.1数值方法与计算程序简介

3.1.1数值方法简介

3.1.2 FLAC3D软件的简介及主要特征

3.2模型的建立

3.2.1 工程概况

3.2.2模型的设计原则

3.2.3几何模型的确定

3.2.4模拟过程

3.2.5力学模型

3.2.6网格的离散化

3.3岩体物理力学参数的选取

3.4计算结果分析

3.4.1采场推进过程中顶底板塑性区域分布特征

3.4.2采场围岩应力分布规律

3.4.3采场围岩位移分布特征

3.5本章小结

4工作面围岩移动规律相似材料模拟

4.1相似材料模拟原理

4.2试验模型建立

4.3试验结果分析

4.3.1上覆岩层垮落规律

4.3.2 工作面推进方向支承压力分布规律

4.3.3上覆岩层下沉移动规律及结构特点

4.4本章小结

5现场实测分析

5.1 工程背景

5.2现场观测

5.2.1现场观测的主要目的和内容

5.2.2 工作面测点布置和观测方法

5.3数据整理与分析

5.3.1采场支柱工作参数分析

5.3.2采场顶底板活动规律观测与分析

5.3.3 工作面超前支承压力分布规律分析

5.3.4采场支护密度合理性分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果