特厚煤层大采高综放围岩变形规律与工艺参数研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 20次 | 上传用户:hanhan188
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对于特厚煤层开采来讲,加大工作面的割煤高度一方面是增加了支架后部放煤空间,有助于增强顶煤冒放性,提高工作面整体回收率,但另一方面也增加了工作面煤壁片帮的几率。本文针对斜沟煤矿13#煤层的赋存情况,在详细分析前人已有研究成果的基础上,运用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,对14-20m特厚煤层采用大采高综放开采技术,在割煤高度和煤层总厚度都增大的情况下,对综放面顶煤屈服破坏特征、不同层位顶煤变形位移情况、工作面煤壁稳定性和工作面矿压显现规律、以及工作面合理工艺参数进行了更为系统的研究,得到以下主要结论:(1)特厚煤层大采高综放开采的顶煤运移变形符合宏观损伤力学原理,利用损伤理论得出顶煤体的弹性区范围为:S△5=Hmεmax=△S1,塑性区范围为:ΔS,(?)S(?)ΔS2=Hmε,散体区范围为S(?)ΔS2,结合斜沟煤矿具体条件与参数给出13#煤层的损伤本构方程为:(2)运用FLAC3D。有限元数值模拟软件对大采高综放支架控顶区顶煤的屈服破坏特征以及不同层位的基点垂直位移和水平位移进行了研究分析,顶煤在冒落放出前绝大部分单元均为剪切破坏,顶煤完全破坏的总单元数随着采高的增加而增加,顶煤的位移累计量随着采高的增加也在增大,顶煤中的垂直位移是高位始终大于低位,水平位移是中位大于高位和低位,通过顶煤位移变化数据可得高位顶煤要滞后冒落,总之,在特定的煤层厚度条件下,增大采高有助于顶煤的破碎,可以提高顶煤放出率(3)对大采高综放开采煤壁片帮机理及塑性区宽度进行了理论研究与计算,得到了煤壁前方塑性区宽度的解析式,运用FLAC3D数值模拟软件对大采高煤壁屈服破坏深度、距底板不同高度的工作面煤壁测点的水平位移以及工作面煤壁前方支承压力分布情况进行研究分析,得到煤壁前方垂直应力峰值随着采高的增加而增加,峰值点距离随着采高的增大而减小,煤壁水平位移最大值随着采高的增加呈线性增加趋势,从而说明增大采高和增加煤层总厚度都将增大煤壁的片帮几率。(4)结合斜沟煤矿13#煤层首采区的具体赋存条件,对相关的工艺参数进行了数值分析,在煤层厚度15m时,较为合理的工艺参数为底层采高4.0m,控顶距4.8m,支架工作阻力12000kN/架,放煤步距0.6m,支架合力作用点距煤壁1.4m。
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