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1、太原理工大学 硕士学位论文 大采高放顶煤采场结构及围岩控制研究 姓名：王敏 申请学位级别：硕士 专业： 指导教师：弓培林 太原理工大学硕士研究生学位论文 大采高放顶煤采场结构及围岩控制研究 摘 要 鉴于我国厚及特厚煤层资源丰富大采高放顶煤开采的应用越来越广 泛本文围绕大采高放顶煤工作面采场结构及围岩控制这一课题进行研 究以晋兴斜沟煤矿的现场条件为依据在详细分析前人研究成果的基础 上运用理论分析实验室相似模拟数值模拟等多种研究方法初步研 究了厚煤层大采高放顶煤开采工作面矿压显现规律顶板移动规律工作 阻力确定方法首先分析了同类大采高条件下已应用的几个矿井的矿压显 现规律其次运用实验室相似模拟的方法
2、对大采高放顶煤工作面的顶板垮 落顶板运动及支承压力分布进行了研究最后采用 FLAC3D数值模拟结 合实验室相似模拟的方法分析大采高放顶煤采场顶板运动及压力分布特 征研究结果表明大采高放顶煤采场的矿压规律结合了大采高和普通综 放的特点但又不同于大采高和普通综放面大采高放顶煤采场工作阻力 大动载系数小大采高综放面顶板初次来压步距为 4050m 左右周期 来压步距为 10m 左右大采高放顶煤工作面放煤效果好顶煤回收率高 通过试验研究采用估算法得到大采高放顶煤工作面顶板控制力学模型 确定斜沟矿大采高放顶煤工作面支架工作阻力值为 10200KN最后结合 其他矿井工程实践进行了现场实测分析研究实测结果验证
3、了论文研究结 论的正确性现场应用取得了良好的技术经济效果 太原理工大学硕士研究生学位论文 关键词大采高综放矿压显现相似模拟数值模拟顶板垮落 太原理工大学硕士研究生学位论文 STUDY ON THE LAWS OF STRATA BEHAVIOR IN THE TOP-COAL CAVING OF FULLY MECHANIZED MINING ABSTRACT In view of our nation thick and extra-thick coal seam rich in naturalresources,top-coalcaving of fully mechanizedmecha
4、nized is applicated more and more widely, in this dissertation, according to local of XieGou Mine in JinXing Group ,basing on close analysis of previous researchers result ,the laws of strata behavior in the top-coal caving of fully mechanized mining the laws of roof moving and the etermine of worki
5、ng resistance was research preliminary by using theories analysissimilitude simulated test in laboratory numerical simulation and other research methods .Firstly,this paper analyzes laws of strata behavior of several operationed mines in similar conditions;secondly,the paper researches the roof cavi
6、ngthe roof moving and abutment pressures distributionby similitude simulated test in laboratory; finally, this paper analysis the roof moving and abutment pressure distribution of working face construction in top-coal caving of fully mechanized mining 太原理工大学硕士研究生学位论文 reproduced by FLAC3D numerical s
7、imulation. The results showed that: the strata laws of top-coal caving of fully mechanized mining with the large mining height fully-mechanized characteristics and caving characteristics, but it is different from them. The top-coal caving of fully mechanized minings have large work resistances, the
8、roof first pressure distance is 4050m,cycle pressure is around 10m,and the whole working face pressure distance have very similar value. The similitude simulated test in laboratory determines the working resistance in the top-coal caving of fully mechanized mining of Xiegou mine 10200KN.Finally, fie
9、ld measurement and analysis research have been actualized combining with the engineer practice, the observation results prove the results correct, and good technical and economical effects are obtained. KEY WORDSthe top-coal caving of fully mechanized mininglaws of strata behavior, similitude simula
10、ted ,numerical simulation, roof caving 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 1 . 1 课题的提出及研究意义 1 . 1 . 1 课题的背景及提出 煤炭作为我国的主要能源其储量丰富煤炭资源的消耗在我国能源消耗比例中 达 70%左右在我国探明的煤炭储量当中厚煤层的储量就占 44%这是我国的资源 优势1长期以来由于技术落后一直没有找到合理的开采方法原有开采技术并不 能有效的开采厚煤层我国厚煤层储量多的优势并不能发挥出来所采用的分层开采 工艺复杂灾害发生频率高等使得资浪费严重而且煤炭企业经济效益差针对我国 厚煤层储量大的优势我国于 1982 年引进
11、了综放开采技术2 传统放顶煤采煤法的概念是这样的在厚煤层中沿煤层或分段底部布置一 个采高为 23m 的长壁工作面用常规的方法进行回采利用矿山压力作用或人工松 动的方法将支架上方顶煤破碎成散体后由支架后方或上方放出并经由刮板输 送机运出工作面的方法根据煤层赋存条件的不同放顶煤长壁采煤法可分为一次采 全厚放顶煤开采预采顶分层网下放顶煤开采倾斜分段放顶煤开采3传统放顶煤的 应用在降低生产成本提高煤炭采出率减轻劳动强度等方面同一般采煤方法相比 显现出了很大的优势 综采放顶煤的显著标志是在综合机械化采煤设备中使用了放顶煤液压支架近年 来厚煤层综放技术已经成为我国煤炭工业的主要技术发展方向之一其独有的优势
12、 也越来越显著综采放顶煤的优势主要表现在以下几个方面4 1可实现高产高效放顶煤开采工艺实现了采放平行作业一个工作面可相当 于多个工作面 2巷道掘进率低本来要分层开采的工作面采用放顶煤采煤法省去了分层面 巷道的掘进量同时也缓解了采掘接续的紧张局面并改善了巷道维护 3减少了工作面搬家次数放顶煤采煤法可以省去分层面工作面的搬家 4节省了劳动力提高了矿井和原煤工效 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 5减少材料消耗与分层开采相比大大减少了坑木消耗油脂消耗金属网 消耗等 6节省电力消耗因综放开采顶煤是靠自然矿山压力来破坏顶煤让顶煤自然 跨落无需外加动力减少了能源消耗 7大大降低原煤成本 8对地质条件煤层
13、赋存条件适应性强近年来实践证明综采放顶煤可以通 过调节采放比来适应煤层厚度的变化 鉴于综采放顶煤对厚煤层开采的巨大优越性综放开采在我国的前景将非常广阔 近年来随着综合机械化的迅速发展我国经济快速发展对能源需求量的增加煤炭 资源的可持续利用以及大采高技术的成熟在国内又兴起了一种新的放顶煤技术即 大采高综放技术大采高综放技术虽然仍存在很多难以解决的问题但是介于大采 高综放采煤法的显著优点和我国厚煤层资源丰富的优势我国越来越多的矿井开始采 用大采高综放技术其前景非常广阔因此大采高综放开采将成为我国厚煤层开采 技术发展的重要方向 我国综放面的单产已经有大幅度提高而且平均单产大于普通综采工作面水平 但综
14、放面最高年产量与大采高综采综采面实现年产1000万t的水平相比仍尊在一定的 差距由于特厚煤层综放面与大采高综采面及中厚煤层综采面相比增加了出煤点 一次开采高度加大 综放面的产量在理论上具有超过大采高综采面的可能性 为实现7m 以上厚煤层7m 以下厚煤层可由大采高综采实现高产高效的进一步高产根据当前 工作面设备能力分析在适宜的条件下结合综放工作面和大采高综采两种开采技术 的特点大采高综放开采是7m以上厚煤层及特厚煤层工作面实现年产1000 万t 的重要 途径 大采高综放开采是指割煤高度为3.55.0 m的综放开采3.55.0 m的采高是在借 鉴我国目前综放开采的最大采高为3.5 m大采高综采的最
15、大采高为6.36.5 m的成功 实践并考虑综放开采端面顶煤稳定性控制和设备稳定性可靠性而提出来的5大采 高综放开采结合了大采高综采技术和综采放顶煤技术随着其应用的不断推广及开采 技术的不断成熟相信大采高综放必将成为我国特厚煤层实现安全高产高效开采的重 要途径由于大采高综放结合了大采高综采和综放开采必然优越于两者同时大 采高综放也存在着很多待解决的问题 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 大采高综放与传统综采放顶煤技术相比具有以下优点6 1 充分利用了大功率采煤机与运输机等大功率设备 2 采高加大增大了放煤空间更有利于顶煤的充分垮落 3 增大了工作面的断面降低工作面通风阻力 4 提高了工作面的采
16、出率和煤质 5 有效地缩短了工作面的循环时间加快了工作面的推进速度 6 对厚度变化大及地质结构复杂的煤层适应能力强 大采高综采放顶煤急需解决以下主要问题 1大采高综放工作面的支架围岩关系尚不清楚急需相关理论指导 2在生产过程中煤壁片帮难以控制预测 3不同的条件下放煤工艺的确定问题 4大采高综放工作面支架工作阻力的合理确定 综放开采技术在我国已经有了近 30 年的发展在理论研究及工程实践方面皆取得 了不错的成绩应用范围逐渐扩大经济效益也大幅度提高在一些条件相当好的矿 区我国的综放开采技术已经达到了国际领先水平值得注意的是我国有很多矿区 赋存有更厚的煤层如晋城潞安邢台大同阜新以及神府东胜煤田在这种煤 层条件下采用什么样的采煤方法一直是人们关注的问题在大采高技术优越性被人 们接受的同时大采高综放为这类煤层的开采开辟了新的途径近年来大同塔山矿 神东公司保德煤矿大采高综放技术的成功范例使我们相信大采高综放技术的发展 将为提高我国煤炭企业的整体技术面貌提高我国煤炭企业在国际上的竞争力保障 安全生产起到重要作用 1 . 1 . 2
