神东矿区超大采高综采面矿压显现特征与控制研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhaha_123
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一次采全高开采技术因资源回收率高、高产高效等优点在我国得到广泛应用,目前已成功开采7m采高综采面。基于神东矿区7m以上巨厚优质煤层储量丰富的现实,增大综采高度、实现一次采全高是开采这部分资源较为有效和经济的技术途径。有效的岩层控制技术、成熟的采煤工艺与综采设备研制技术均为进一步突破7m综采高度奠定基础,但7m以上超大采高综采面覆岩运动与破坏规律、煤壁破坏特征、支架选型尚不清楚。因此,研究超大采高综采面矿压显现特征与控制对保障综采面安全高效生产具有重要的现实意义与理论价值。本文以超大采高综采面开采为工程背景,综合应用理论分析、数值模拟、相似材料模拟、现场实测等方法对综采面矿压显现特征与控制进行深入研究。根据统计学原理,分析埋深、采高、工作面长度变化对顶板来压步距的影响,为超大采高综采面顶板来压步距提供数据基础;建立顶板来压步距计算力学模型,基于关键层理论分析超大采高综采面顶板结构与运动规律,并深入分析顶板破断对工作面矿压的影响。基于弹性力学半平面体理论,建立上覆岩层应力分布特征力学模型,分析采动支承压力在覆岩中的传递规律,进而根据平面内任一点应力状态分析应力变化规律,以最大剪应力理论为依据,提出“基于剪应力变化特征”方法计算超大采高综采面覆岩“三带”高度的方法。提出D-P-μ理论分析极限平衡区宽度,即引入洛德参数μ以考虑中间主应力对屈服函数的影响,以提高计算结果的可靠性,提出从回归分析法、极限平衡区范围两个角度综合分析煤壁片帮深度;并分析煤壁易失稳位置,为支架护帮板设计、采取合理的控制煤壁片帮措施提供依据;以顶板与煤壁双重控制为切入点,建立支架与顶板相互作用力学模型,提出支架支护强度计算公式;建立动载系数回归预测模型以达到科学预测的目的,提高支护强度计算结果的可靠性;采用FLAC3D数值模拟从顶板下沉量、水平位移量等方面分析不同支护强度对煤壁稳定性影响,综合确定液压支架支护强度。研究成果在首个8.0m超大采高综采面—补连塔矿12511综采面开采中得到验证,创造最高日产量5.22万吨、最高月产量135万吨的记录,回采率提高至98%以上,工作面的成功开采为8.8m采高综采面安全高效生产奠定坚实的理论基础,且提供可借鉴的宝贵经验。该论文有图80幅,表45个,参考文献151篇。
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