急倾斜煤层综放面顶板失稳规律及控制研究
发布时间：2019-07-28 13:38
【摘要】：植煤炭能源的安全高效开采与环境保护是西部矿区普遍面临的问题。新疆赋存大量的层顶板动力学失稳致灾规律是实现灾害控制与安全开采的前提与基础。论文以乌鲁木齐矿区乌东煤矿为工程背景,以急倾斜煤层大段高综放面顶板失稳致灾规律为目标,采用现场调查、理论分析、物理模型实验、数值计算和现场查用等方法分析,较全面地分析了煤岩层赋存特点、煤岩体空间分布特征、致灾因素等指标;构建了物理相似模拟实验,揭示顶板扰动随时间变化演化特征及致灾特点;通过三维有限差分变化规律。考虑开采技术条件和尺度效应,优化了充填控灾方案,采用了地质雷达对顶板状态分析与效果评价。应用实践表明:充填材料与顶板垮落融合,顶板大幅度垮落明本研究对急倾斜煤层大段高综放工作面条件下的顶板失稳致灾规律及地表充填控灾技术研究具有理论借鉴和指导意义。
【图文】：
从地表(+800)至+700 为露天开采，随采深与层位的变化及科学技术发展，乌东区+700 水平以下的急倾斜特厚煤层采用水平分段综采放顶煤工艺进行回采。布置特点：1.工作面上、下方不是顶、底板，而是煤；2.工作面长度为煤层厚了提高产量，该矿采用高分段综放开采的采煤工艺，段高达 25m，采高 3.5m，1.5m，采放比 1：6.1，放煤步距 1.6m；4.43#煤层滞后 45#煤层一个分段高度，同时不同步开采。目前，43#、45#煤层分别开采+600 水平和+575 水平。 现场动力灾害描述基于急倾层煤地理、生产等条件的普查。随着煤层的采出，顶板失去承载能力板的突然失稳造成工作面出现强矿压、片帮等现象。煤、岩层基本物理力学性理论的基础，通过地质调查和实验室测定得出：八道湾向斜北翼煤层顶底板以主，煤层顶底板岩石天然状态抗压强度在 19.6-29.4MPa 及其以上者属多数，其层在 68.6-98.0MPa，小于 19.6MPa 者较少；饱和抗压强度要减少 1/3-1/2。单项一般在 2.94-4.9MPa，大者为 6.86-9.8MPa，最小者为 1.37-1.47MPa，岩石强度增加而增强的趋势。各煤层顶底板岩石物理力学试验成果显示，其煤层顶底板特征为不稳定顶底板。多次的动力灾害发生，乌东煤矿确定为冲击地压矿井。
表 2-3 近五年动力灾害现象统计 位置 动力灾害现象~南采区 10 余次动力灾害现象.~ 北采区+620 水平采空区严重失稳，顶板裂隙发育，毒气泄漏，人员伤亡. 北采区+620 水平 +500m 平 B3+6 综采工作面巷道底鼓严重，顶板下沉量大，运输巷转载机机尾滑移. +500 与+465 水平B3-6 工作面巷道南帮底角侧向膨胀 20cm-45cm，电缆震落、托盘崩脱棚收缩. +500 水平 B1+2 综采工作面现场声发射分别检测顶底板能量为 4.8×107J 和 1.9×107J，到 3.2 级地震等级，不同程度的人员伤亡与设备损毁.+450 水平 B3+6 综采面微震能量达到 9.5×106J，B6 巷部分区域皮带侧移、南帮风落，隔爆水袋翻落，地表出现一个南北宽 20m、深 10m 的+450 水平 B3+6 综采工作面此次矿压显现能级为 2.1×108J，B3 巷帮、底鼓现象明显，现下沉网兜，转载机头压风自救箱受震动落地.期水平分段综放开采下，覆岩内部裂隙发育、裂隙演化程度高，，随顶板整体性垮落，形成强矿压现象，如图 2.6(a)所示。随时间的推移，在地槽型塌陷坑，如图 2.6(b)所示。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD327.2
本文编号：2520099
【图文】：
从地表(+800)至+700 为露天开采，随采深与层位的变化及科学技术发展，乌东区+700 水平以下的急倾斜特厚煤层采用水平分段综采放顶煤工艺进行回采。布置特点：1.工作面上、下方不是顶、底板，而是煤；2.工作面长度为煤层厚了提高产量，该矿采用高分段综放开采的采煤工艺，段高达 25m，采高 3.5m，1.5m，采放比 1：6.1，放煤步距 1.6m；4.43#煤层滞后 45#煤层一个分段高度，同时不同步开采。目前，43#、45#煤层分别开采+600 水平和+575 水平。 现场动力灾害描述基于急倾层煤地理、生产等条件的普查。随着煤层的采出，顶板失去承载能力板的突然失稳造成工作面出现强矿压、片帮等现象。煤、岩层基本物理力学性理论的基础，通过地质调查和实验室测定得出：八道湾向斜北翼煤层顶底板以主，煤层顶底板岩石天然状态抗压强度在 19.6-29.4MPa 及其以上者属多数，其层在 68.6-98.0MPa，小于 19.6MPa 者较少；饱和抗压强度要减少 1/3-1/2。单项一般在 2.94-4.9MPa，大者为 6.86-9.8MPa，最小者为 1.37-1.47MPa，岩石强度增加而增强的趋势。各煤层顶底板岩石物理力学试验成果显示，其煤层顶底板特征为不稳定顶底板。多次的动力灾害发生，乌东煤矿确定为冲击地压矿井。
表 2-3 近五年动力灾害现象统计 位置 动力灾害现象~南采区 10 余次动力灾害现象.~ 北采区+620 水平采空区严重失稳，顶板裂隙发育，毒气泄漏，人员伤亡. 北采区+620 水平 +500m 平 B3+6 综采工作面巷道底鼓严重，顶板下沉量大，运输巷转载机机尾滑移. +500 与+465 水平B3-6 工作面巷道南帮底角侧向膨胀 20cm-45cm，电缆震落、托盘崩脱棚收缩. +500 水平 B1+2 综采工作面现场声发射分别检测顶底板能量为 4.8×107J 和 1.9×107J，到 3.2 级地震等级，不同程度的人员伤亡与设备损毁.+450 水平 B3+6 综采面微震能量达到 9.5×106J，B6 巷部分区域皮带侧移、南帮风落，隔爆水袋翻落，地表出现一个南北宽 20m、深 10m 的+450 水平 B3+6 综采工作面此次矿压显现能级为 2.1×108J，B3 巷帮、底鼓现象明显，现下沉网兜，转载机头压风自救箱受震动落地.期水平分段综放开采下，覆岩内部裂隙发育、裂隙演化程度高，，随顶板整体性垮落，形成强矿压现象，如图 2.6(a)所示。随时间的推移，在地槽型塌陷坑，如图 2.6(b)所示。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD327.2
【参考文献】
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本文编号：2520099
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