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复采工作面矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究

太原理工大学硕士研究生学位论文

目录

第一章绪论 (1)

1.1研究背景及研究意义 (1)

1.2 国内外残煤复采的研究现状及存在问题 (1)

1.2.1 国外残煤复采的研究现状 (1)

1.2.2 国内残煤复采的研究现状 (2)

1.2.3 目前研究存在的问题 (4)

1.3 研究的主要内容及研究路线 (4)

1.3.1 主要研究内容 (4)

1.3.2 研究方法及技术路线 (5)

第二章圣华煤业1301复采工作面概况及开采条件 (7)

2.1 矿井概况及煤层赋存特征 (7)

2.1.1 旧采区资源分布 (7)

2.1.2 其他开采技术条件 (9)

2.1.3 1301复采工作面概况 (9)

2.2 旧采冒顶区类型 (10)

2.3 3#煤层及其顶板煤岩力学参数测定 (12)

2.3.1 煤、岩样采集 (12)

2.3.2 3#煤及其顶板岩层柱状图 (13)

2.3.3 煤岩力学参数测定结果 (16)

2.4 本章小结 (16)

第三章复采采场矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究 (17)

3.1 物理相似模拟方案 (17)

3.1.1 相似比的确定 (17)

3.1.2 实验设备及其参数 (18)

3.1.3 模型的制作 (21)

3.2 实验过程 (21)

VII

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3.3 相似模拟的结果与分析 (23)

3.3.1 复采工作面顶板断裂垮落特征 (23)

3.3.2 冒顶区对顶板断裂形态的影响 (24)

3.3.3 复采工作面顶板运移规律 (25)

3.3.4 复采工作面支架的受力分析 (27)

3.4 复采工作面顶板断裂特征的力学分析 (30)

3.4.1 顶板断裂特征 (30)

3.4.2 顶板断裂时支架工作阻力的确定 (30)

3.4.3 顶板关键块失稳机理 (32)

3.5本章小结 (36)

第四章 1301复采工作面矿压实测及分析 (39)

4.1 概况 (39)

4.1.1 1301复采工作面采煤方法及设备 (39)

4.1.2 矿压观测站(线、点)的布置及设备 (40)

4.2 采场矿压显现规律观测结果及分析 (40)

4.2.1 复采工作面支架的受力特性 (41)

4.2.2 复采工作面来压特征 (46)

4.2.3 支架对顶板的适应性分析 (49)

4.2.4 复采工作面过冒顶区支架的阻力特性分析 (52)

4.3 本章小结 (60)

第五章结论与展望 (63)

5.1 结论 (63)

5.2 不足与展望 (65)

参考文献 (67)

致谢 (71)

附录A:攻读硕士学位期间发表的学术论文 (73)

附录B:攻读硕士学位期间参与的科研项目 (73)

VIII

太原理工大学硕士研究生学位论文

第一章绪论

1.1研究背景及研究意义

我国一次能源消费以煤炭为主,煤炭资源是我国经济和社会可持续发展的重要能源物质基础。受到经济转型发展和环境保护压力影响,我国能源发展正处于大调整、大变革阶段,在“高效、安全、绿色”总目标下我国能源消费构成将发生深刻变化,新能源、天然气、石油等所占比例将增加,但煤炭作为能源主体的地位不会发生改变,到2020年仍占到60%左右 [1,2]。

由于煤炭工业装备水平、开采工艺落后[3],上世纪七八十年代,我国煤炭开采一直采用刀柱式、巷柱式(高落式)、残柱式等比较落后的粗放式采煤方法及工艺,出现小煤窑的不规则开采、地方煤矿采富弃贫对厚煤层只采一部分等现象,导致相当一部分的煤炭资源没有采出,遗留于采空区内。资料表明我国乡镇煤矿采用旧式采煤法开采的煤炭资源回采率不足30%[4],反观美国、澳大利亚等发达国家,资源回采率能达到80%左右 [5]。就山西而言,旧的采煤方式遗留了大量的优质资源,导致全省可利用的煤炭资源大幅减小,每年不得不花巨资勘探开发新的煤田。

因此,实现对旧采残留煤炭资源的二次开发利用,既是实现我国煤炭可持续发展的重要途径,又切实解决了当前煤矿资源回收率低的问题,延长了矿井的服务年限,具有重要的社会意义和经济价值。

1.2 国内外残煤复采的研究现状及存在问题

1.2.1 国外残煤复采的研究现状

上世纪九十年代,英国门克顿霍尔煤矿[6]对之前停产多年的老矿进行了残煤复采,既避免了资源的浪费,又获得了经济利益;保列斯瓦夫煤矿针对旧采遗留煤柱的分布情况,结合实际地质条件采用单工作面壁式采煤法,对遗留煤柱进行了有效的回采[7];Hawkins J.W[8]针对煤炭资源回收率低这一特点,为许多已经报废的煤矿提供了复采方案; Veil,John A.等[9]对残煤复采进行了合理的定义,提出了提高煤炭回收率的有效方法,对煤矿复采后有可能出现的环境破坏,也做出相应的分析;Smith,M.W[10]针对

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