傳統(tǒng)的房柱式短壁開采方法以留煤柱支撐上覆頂板，存在著資源浪費(fèi)量大的嚴(yán)重問題，因此研究不留煤柱的頂板全垮落法短壁連采技術(shù)對提高煤炭資源回收率、實現(xiàn)特殊條件下的邊角煤安全高效開采具有重要的意義，此技術(shù)研究與應(yīng)用在國內(nèi)尚屬首次。采用頂板全垮落法的短壁連采技術(shù)，需要對覆巖頂板的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析頂板巖層結(jié)構(gòu)以及對工作面礦壓顯現(xiàn)有明顯影響的巖層運(yùn)動規(guī)律，包括其極限運(yùn)動步距以及極限懸頂面積。因此本文采用理論分析、實驗室相似材料物理模擬、計算機(jī)數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場實測的方法對全垮落法短壁連采覆巖組合動態(tài)運(yùn)動規(guī)律及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
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目錄
第1章 研究概述 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 神東礦區(qū)短壁連采頂板控制發(fā)展階段 1
1.1.2 全垮落法短壁連采需解決的主要問題 2
1.2 研究內(nèi)容 3
1.3 研究方法與技術(shù)路線 3
第2章 榆家梁42209頂板全垮落法短壁連采頂板控制 5
2.1 監(jiān)測目的和內(nèi)容 5
2.1.1 監(jiān)測目的 5
2.1.2 監(jiān)測內(nèi)容 5
2.1.3 監(jiān)測人員與時間 7
2.2 試驗區(qū)域概況和監(jiān)測方案 8
2.2.1 現(xiàn)場試驗條件 8
2.2.2 監(jiān)測方案 10
2.2.3 監(jiān)測工作統(tǒng)計 11
2.3 頂板運(yùn)動及其控制實踐 12
2.3.1 頂板運(yùn)動規(guī)律 12
2.3.2 極限回采面積 31
2.3.3 回采方案優(yōu)化 34
2.3.4 頂板控制技術(shù) 35
2.3.5 回采率分析 38
2.4 本章小結(jié) 38
第3章 短壁連采頂板運(yùn)動與極限面積理論計算 40
3.1 神東礦區(qū)短壁連采采場覆巖分類 40
3.1.1 單一復(fù)合關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)——厚沖積層薄基巖 48
3.1.2 多層關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)——薄沖積層厚基巖 49
3.1.3 含有復(fù)合關(guān)鍵層的多層關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)——厚沖積層厚基巖 49
3.2 短壁連采采場的關(guān)鍵層判別 50
3.2.1 短壁連采采場的關(guān)鍵層位置判別 51
3.2.2 短壁采場單一組合關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)形成條件、判別以及載荷和極限面積 53
3.2.3 含有復(fù)合關(guān)鍵層的多層關(guān)鍵層判別 55
3.3 單一復(fù)合關(guān)鍵層(兩關(guān)鍵層)結(jié)構(gòu)頂板運(yùn)動及控制 56
3.3.1 榆家梁礦42209短壁連采工作面概況 56
3.3.2 榆家梁礦42209短壁連采工作面上覆關(guān)鍵層結(jié)構(gòu) 57
3.3.3 強(qiáng)放以后的頂板運(yùn)動規(guī)律 60
3.3.4 單一復(fù)合關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)短壁連采頂板控制措施 61
3.4 薄表土層多關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)頂板運(yùn)動及控制 61
3.4.1 上灣礦51203CL短壁連采概況 62
3.4.2 上灣礦51203CL短壁連采工作面上覆關(guān)鍵層結(jié)構(gòu) 65
3.4.3 上灣強(qiáng)放后的頂板極限懸頂面積計算 66
3.4.4 薄表土層多層關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)短壁連采頂板控制措施 66
3.5 厚表土層多關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)頂板運(yùn)動及控制 67
3.5.1 大柳塔煤礦12406-3切眼外側(cè)旺采區(qū)概況 67
3.5.2 大柳塔煤礦12406-3切眼外側(cè)旺采上覆關(guān)鍵層結(jié)構(gòu) 68
3.5.3 厚表土層多層關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)短壁連采頂板控制措施 70
3.6 三角形、梯形短壁連采塊段頂板極限懸頂面積計算 70
3.6.1 三角形頂板極限懸頂面積 72
3.6.2 梯形頂板極限懸頂面積計算 72
3.6.3 計算實例——榆家梁42213短壁連采塊段 73
3.7 本章小結(jié) 81
第4章 短壁連采覆巖運(yùn)動與應(yīng)力分布數(shù)值模擬 82
4.1 數(shù)值仿真原理 82
4.1.1 FLAC3D程序計算方法 82
4.1.2 FLAC3D基本功能和特征 83
4.1.3 軟件的優(yōu)點(diǎn) 83
4.1.4 五種計算模式 84
4.1.5 多種結(jié)構(gòu)形式 84
4.1.6 強(qiáng)大的前后處理功能 85
4.2 采場數(shù)值建模 85
4.2.1 彈性階段 86
4.2.2 塑性階段 86
4.3 模擬方案 87
4.3.1 模擬方案 87
4.3.2 主要研究內(nèi)容 89
4.4 模擬結(jié)果分析 89
4.4.1 方案Ⅰ——切塊后退式 89
4.4.2 方案Ⅱ——切塊前進(jìn)式 102
4.4.3 方案Ⅲ——支巷后退式 107
4.5 本章小結(jié) 117
第5章 短壁連采覆巖組合運(yùn)移規(guī)律相似材料模擬研究 119
5.1 相似材料模擬實驗?zāi)康?119
5.2 相似材料模擬實驗原理 120
5.2.1 幾何相似 120
5.2.2 容重及強(qiáng)度相似 120
5.2.3 初始動力狀態(tài)相似 120
5.2.4 邊界條件相似 121
5.2.5 時間相似常數(shù) 121
5.3 實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計 121
5.3.1 相似參數(shù)的確定 121
5.3.2 相似材料配比 122
5.3.3 模型監(jiān)測設(shè)計 123
5.3.4 模型制作 124
5.4 短壁連采覆巖組合運(yùn)動規(guī)律與支承壓力分布 125
5.4.1 工作面開挖初期階段 126
5.4.2 直接頂初次冒落階段 128
5.4.3 覆巖關(guān)鍵層組合初次斷裂階段 129
5.4.4 頂板周期來壓階段 131
5.4.5 綜合結(jié)果分析 131
5.5 本章小結(jié) 132
第6章 通風(fēng)與安全 133
6.1 通風(fēng)風(fēng)路暢通性 133
6.1.1 42209工作面通風(fēng)概況 133
6.1.2 通風(fēng)通道 133
6.2 現(xiàn)場實測研究 134
6.2.1 通風(fēng)監(jiān)測布置方案 134
6.2.2 監(jiān)測結(jié)果分析 135
6.2.3 采空區(qū)自燃發(fā)火危險性分析 136
6.2.4 采空區(qū)溫度變化 139
6.3 采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律數(shù)值模擬 140
6.3.1 模擬軟件ANSYS CFD/CFX 140
6.3.2 模擬結(jié)果分析 141
6.4 采硐通風(fēng)安全分析 144
6.4.1 采硐內(nèi)氣體成分實測 144
6.4.2 硐口硐底風(fēng)流流動 144
6.4.3 煤機(jī)司機(jī)位置 146
6.4.4 神東多年安全實踐 147
6.5 本章小結(jié) 148
第7章 全垮落法短壁連采安全評價 149
7.1 頂板控制的安全性評價 149
7.1.1 評價因素及評分標(biāo)準(zhǔn) 149
7.1.2 42209工作面的各評價因素分值 152
7.1.3 頂板全垮落法短壁連采工作面頂板安全評價 153
7.1.4 頂板全垮落法短壁連采頂板條件分析 154
7.2 通風(fēng)安全評價 154
7.2.1 評價原理 154
7.2.2 主要影響因素分析及評價函數(shù)建立 155
7.2.3 通風(fēng)安全評價及適用條件 159
7.3 本章小結(jié) 159
第8章 主要研究結(jié)論 161
8.1 頂板控制方面 161
8.2 通風(fēng)安全方面 162
主要參考文獻(xiàn) 163
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