极近距离煤层群采区巷道布置优化及开采顺序研究--《重庆大学》2011年硕士论文
极近距离煤层群采区巷道布置优化及开采顺序研究
【摘要】：极近距离薄煤层群开采过程中,采区巷道布置、支护及区段间开采顺序的选择严重影响着矿山压力的显现规律,因此,巷道位置、支护方式以及区段间开采顺序的合理选择对指导矿井的安全生产具有重要意义。本文以叙永煤矿矿区地层、地质构造、煤层及煤层顶底板性质等地质资料为基础,综合考虑巷道矿山压力显现规律、采煤方法、回采工艺、现场生产的需要、生产系统的方便可靠和施工因素等内容,通过现场研究、理论研究、对比分析和数值模拟等多种手段,取得如下一些成果:
1)利用MTS815岩石力学试验系统对矿区相关地层煤岩进行物理力学参数测试试验。结合现场调查分析,得出C19煤层部分老顶岩体较完整,属中等冒落顶板,底板岩体较完整,底臌现象一般较轻,局部较强;C20煤层顶板岩体较完整,属中等冒落顶板,底板中稳定性较差,易软化,有轻度底臌;C24煤层顶板岩体中等完整,质量较好,底板岩体较完整,一般不底臌或有轻度底臌现象。
2)通过现场S11246区段平巷矿压观测,3个测站矮帮平均下沉量为7.70mm,高帮平均下沉量为11.58mm,因此,选用的锚网索支护方案能够满足巷道支护要求。
3)提出了两种采区巷道布置方案:方案Ⅰ:多煤层采区巷道联合布置,三条岩石上山,区段平巷布置采用水平式;方案Ⅱ:多煤层采区巷道联合布置,一煤二岩上山,区段平巷布置采用内错式。采区巷道布置方案的比选采用定性分析和系统工程中多目标决策分析等两种方法进行研究,均得出采用方案Ⅰ优于方案Ⅱ。
4)利用FLAC数值模拟软件进行了极近距离巷道支护的数值模拟。研究了5m、10m、15m护巷煤柱和5m矸石带充填沿空留巷等方案的应力分布与围岩变形破坏规律。研究表明,10m、15m煤柱对此类巷道影响变化不大;在锚网索联合支护前提下,5m矸石带作为巷旁充填符合工程要求,并对锚杆支护巷旁充填进行数值分析研究,从理论上验证了支护方案是合理的。
5)通过比值判定法确定煤层群之间开采顺序选用下行式开采,在此基础上,利用数值模拟分析S12采区区段间的开采顺序,得出采区区段间的开采顺序选用下行式开采。
【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TD822.2【目录】：
中文摘要3-5英文摘要5-101 绪论10-16 1.1 研究目的和意义10 1.2 国内外研究现状10-12
1.2.1 采区巷道布置研究现状10-12
1.2.2 开采顺序研究现状12 1.3 主要研究内容及技术路线12-16
1.3.1 主要研究内容12-13
1.3.2 技术路线13-162 矿井概况16-30 2.1 矿井基本概况16
2.1.1 自然地理条件与交通位置16 2.2 矿井资源概况16-25
2.2.1 矿区地层16-20
2.2.2 矿区地质构造20-22
2.2.3 煤层22-25 2.3 矿山开拓开采现状25 2.4 煤体及岩层物理力学性质实验25-29
2.4.1 取样及试件加工25-26
2.4.2 实验设备及结果26-29 2.5 小结29-303 巷道矿山压力显现规律30-44 3.1 巷道周围的应力分布30-32
3.1.1 无支护巷道周围应力分布31
3.1.2 有支护巷道周围应力分布31-32
3.1.3 巷道周围应力分布规律32 3.2 巷道布置优化确定32-35
3.2.1 区段巷道位置与矿压显现33-34
3.2.2 采区上山位置与矿压显现34-35 3.3 巷道支护控制理论35-37
3.3.1 巷道围岩控制原理35
3.3.2 巷道支护方式选择35-37 3.4 现场巷道矿山压力观测37-41
3.4.1 观测站布置38-39
3.4.2 现场实测分析39-41 3.5 小结41-444 S12采区巷道布置优化44-58 4.1 S12采区巷道布置影响因素分析44-46
4.1.1 地质因素44
4.1.2 巷道矿山压力44-45
4.1.3 采煤方法及工艺45
4.1.4 瓦斯、煤尘及煤的自燃倾向性45
4.1.5 采区地质构造，老窑及水文地质条件对采区开采的影响45
4.1.6 其它因素45-46 4.2 S12采区巷道布置方案46-55
4.2.1 采区概况46
4.2.2 可行的采区巷道布置方案46-47
4.2.3 采区巷道布置方案比选47-55 4.3 采煤方法及采区布置55-56
4.3.1 采煤方法55
4.3.2 工作面生产能力55
4.3.3 开采顺序55
4.3.4 采区车场、煤仓、装车点及硐室55
4.3.5 采区煤、矸、辅助运输及设备选择与采区通风和排水55-56
4.3.6 工作面支护与顶板管理方式56
4.3.7 巷道布置及回采56
4.3.8 巷道及石门支护56 4.4 小结56-585 巷道围岩控制数值分析58-78 5.1 摩尔-库伦准则58-62
5.1.1 增量弹性法则59
5.1.2 屈服函数和势函数59-61
5.1.3 塑性修正61-62 5.2 无锚杆支护巷旁充填数值分析研究62-72
5.2.1 分析模型62-63
5.2.2 巷旁受力分析63-72 5.3 锚杆支护巷旁充填数值分析研究72-76
5.3.1 模拟巷道及锚杆参数72
5.3.2 巷道支护设计模拟72-76 5.4 小结76-786 煤层群及采区区段开采顺序分析78-90 6.1 煤层群间开采顺序78-79 6.2 S12采区区段间开采顺序79-89
6.2.1 分析模型79-80
6.2.2 S12采区区段间下行式开采顺序80-85
6.2.3 S12采区区段间上行式开采顺序85-89
6.2.4 采区区段开采顺序的确定89 6.3 小结89-907 结论与展望90-92 7.1 主要结论90-91 7.2 主要创新点91 7.3 研究展望91-92致谢92-94参考文献94-98附录98 A.读研期间发表的学术论文98 B. 读研期间参加的科研项目98
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