相对浅部煤炭开采,深部开采在围岩变形、煤与瓦斯突出、灾害预防及治理等方面均会呈现出一些独有的特征。这些因素的综合作用会给井下煤层资源的开采、运输、提升和通风带来严重影响,进而使井下采掘设备选型和正常生产变得更加困难。论文以潞安集团姚家山矿4+5号倾斜厚煤层赋存情况为背景,采用理论分析、建立力学模型和数值模拟研究等方法,对其“三千矿井建设模式”进行深入系统的可行性论证研究。主要工作如下:(1)基于矿压基础理论,预测了4+5煤层直接顶初次垮落步距和基本顶来压步距;采用顶板结构估算等方法预测了液压支架的合理工作阻力参数;拟布置两个综放面,每面500万t/a,以满足姚家山矿1000万吨的井型要求,并对综放面进行了初步的三机配套选型及设备能力论证。(2)建立单倾斜面的液压支架力学模型并进行稳定性分析,得出影响工作面支架稳定性的因素;针对双倾斜面建立液压支架力学模型,分析其在工作面来压期间的稳定性,得出随着煤层倾角的增大,初次来压期间支架在倾向方向和走向方向上不倾倒、不滑移所需最小支护阻力均近似呈线性增加;给出了姚家山倾斜厚煤层工作面支架不发生倾倒滑移所需最小支护工作阻力参数。(3)运用FLAC3D数值模拟,研究基本顶初次来压时工作面支架的适应性。工作面初次大规模来压期间,基本顶呈“O-X”型破坏模式,工作面中部支架受力较大,而往两端支架受力逐渐减小,所选放顶煤支架可满足来压期间顶板支护与安全控制的要求。(4)经理论研究论证,为姚家山矿选择了箕斗、大巷皮带、井筒断面直径和矿井主通风机,以满足千米深井和千万吨矿井的提升、运输和通风需求;依据矿井部署和生产系统要求,对姚家山矿进行劳动定员969人,并计算了劳动生产率。论文采用多种分析方法,从具体煤层赋存条件、采矿学科基本理论和当前开采技术与设备制造能力等方面综合分析验证,结果表明姚家山矿“三千矿井建设模式”合理可行。这些研究成果对潞安姚家山矿井的深部煤炭开采设计具有重要的决策借鉴价值。