浅埋煤层超大采高覆岩“切落体”结构研究及应用

发布时间：2022-12-05 23:19

　　神东矿区近30年的浅埋煤层开发实践表明,浅埋采场矿压显现更加强烈,尤其是工作面过上覆集中煤柱、地表沟谷、空巷等特殊条件开采时,易产生顶板事故。国内外学者围绕浅埋工作面覆岩结构及运动特征开展了大量的研究工作,取得了著多有益的结论,指导了生产实践。近年来采高不断增加,2007年国内第一个采高6.3m的浅埋工作面取得成功,从此以后,6m以上综采技术被逐步推广应用,2018年国内最大采高工作面在上湾煤矿试运行,液压支架额定工作阻力由采高6.3m时的10800kN增加至26000KN,支护强度高达1.83MPa。采高增加后,工作面矿压强度大幅增加,单纯提高支架工作阻力能否从根本上解决浅埋煤层采场顶板控制问题,仍有待进一步研究。因此,本文以国内最大采高工作面（上湾12401工作面）为背景,研究采场矿压特征和覆岩结构,研究矿压实时预测方法,为浅埋超大采高工作面支架载荷估算及矿压预警提供依据。论文主要研究成果如下:（1）实测分析了设计采高为7m、8m和8.8m的三个超大采高工作面矿压规律,对比普通埋深和近千米深井,浅埋工作面液压载荷及动载系数更大,来压步距相对较短,矿压显现强烈,工作面处于初采、末采、... 

【文章页数】：143 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 国外覆岩结构研究现状
        1.2.2 国内浅埋煤层开采现状
        1.2.3 国内普通埋深采场覆岩结构理论
        1.2.4 国内浅埋采场覆岩结构理论
        1.2.5 矿压预测及顶板灾害防治
    1.3 6m以上浅埋综采工作面岩层控制存在的主要问题
    1.4 主要研究内容及技术路线
第2章 浅埋超大采高工作面矿压规律及影响因素
    2.1 大柳塔矿7m超大采高工作面
        2.1.1 工作面概况
        2.1.2 初采来压期间矿压显现规律
        2.1.3 正常开采期间矿压显现规律
        2.1.4 末采期间矿压显现规律
    2.2 补连塔矿8m超大采高工作面
        2.2.1 工作面概况
        2.2.2 初采期间矿压显现规律
        2.2.3 正常开采期间矿压显现规律
        2.2.4 末采期间矿压显现规律
    2.3 上湾煤矿8.8m超大采高工作面
        2.3.1 12401工作面概况
        2.3.2 初采期间矿压显现规律
        2.3.3 正常回采期间矿压显现规律
        2.3.4 支架适应性评价
    2.4 特殊条件下浅埋工作面矿压规律
        2.4.1 工作面过上覆集中煤柱矿压显现
        2.4.2 工作面过地表沟谷矿压显现规律
        2.4.3 工作面过空巷矿压显现规律
    2.5 浅埋超大采高工作面矿压特征及影响因素实测研究
        2.5.1 浅埋超大采高工作面矿压特征分析
        2.5.2 工作面宽度对工作面矿压的影响
        2.5.3 采高对工作面矿压的影响
        2.5.4 埋深对工作面矿压的影响
    2.6 浅埋工作面矿压显现影响因素数值模拟研究
        2.6.1 数值模拟模型建立
        2.6.2 推进速度对工作面矿压的影响
        2.6.3 承载比对工作面矿压的影响
    2.7 本章小结
第3章 浅埋超大采高工作面覆岩运动规律研究
    3.1 覆岩运动规律实测研究
        3.1.1 测点布置
        3.1.2 覆岩运动规律分析
        3.1.3 地表沉陷规律分析
    3.2 覆岩结构及运动规律相似模拟研究
        3.2.1 实验材料及参数
        3.2.2 相似模型的制作和开挖
        3.2.3 模拟数据分析
    3.3 覆岩结构运动与支架载荷时空对应关系数值模拟研究
        3.4.1 亚关键层初次破断与支架载荷对应关系
        3.4.2 亚关键层周期性运动与支架载荷对应关系
        3.4.3 主关键层初次破断与支架载荷对应关系
        3.4.4 工作面充分采动时覆岩运动与支架载荷对应关系
        3.4.5 主关键层周期运动与支架载荷对应关系
    3.4 本章小结
第4章 浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构
    4.1 “切落体”结构的提出
    4.2 “切落体”结构稳定性分析
    4.3 “切落体”结构的应用
        4.3.1 液压支架合理载荷估算
        4.3.2 在工作面过集中煤柱引发切顶压架事故防治中的应用
        4.3.3 在工作面过空巷引发切顶压架事故防治中的应用
    4.4 本章小结
第5章 基于“切落体”结构的矿压双周期实时预测模型
    5.1 采煤循环周期内液压支架载荷回归预测模型
        5.1.1 基于“切落体”结构的支架与围岩相互作用关系
        5.1.2 液压支架载荷实测分析
        5.1.3 液压支架载荷实时回归预测模型
    5.2 顶板运动周期内循环末阻力实时匹配预测模型
        5.2.1 循环末阻力周期性变化曲线聚类分析
        5.2.2 模板曲线构建及匹配预测
    5.3 浅埋工作面矿压双周期实时预测模型应用
        5.3.1 液压支架载荷实时预测模型应用
        5.3.2 循环末阻力实时预测模型应用
    5.4 本章小结
第6章 主要结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 主要创新点
    6.3 不足及展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]我国大采高综采技术及围岩控制研究现状[J]. 尹希文.  煤炭科学技术. 2019(08)
[2]浅埋超大采高工作面覆岩“切落体”结构模型及应用[J]. 尹希文.  煤炭学报. 2019(07)
[3]综采工作面支架与围岩双周期动态作用机理研究[J]. 尹希文.  煤炭学报. 2017(12)
[4]浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究[J]. 黄庆享,周金龙.  煤炭学报. 2016(S2)
[5]神东浅埋工作面矿压显现规律的多因素耦合分析[J]. 张通,赵毅鑫,朱广沛,王少磊,焦振华.  煤炭学报. 2016(S2)
[6]浅埋深工作面支架与顶板的动态相互作用研究[J]. 任艳芳,宁宇,徐刚.  煤炭学报. 2016(08)
[7]综采采场顶板结构模型及“支架-围岩”关系研究[J]. 吴士良,刘思利,佟金婉,王建行,史晨昊,赵吉玉.  山东科技大学学报(自然科学版). 2016(04)
[8]厚煤层大采高综采装备发展现状研究[J]. 许宏.  技术与市场. 2016(07)
[9]工作面上覆岩层蠕变活动对支架工作阻力的影响[J]. 徐刚,宁宇,闫少宏.  煤炭学报. 2016(06)
[10]基于等压开采的大采高综采工作面过空巷防冒顶技术[J]. 周海丰.  煤炭工程. 2016(S1)

博士论文
[1]超大采高液压支架与围岩的强度耦合关系[D]. 庞义辉.煤炭科学研究总院 2018
[2]浅埋薄基岩采煤工作面覆岩纵向贯通裂隙演化规律研究[D]. 王国立.中国矿业大学(北京) 2016
[3]沟谷地形对浅埋煤层工作面动载矿压的影响规律研究[D]. 张志强.中国矿业大学 2011
[4]浅埋近距离煤层重复采动关键层结构失稳机理研究[D]. 朱卫兵.中国矿业大学 2010
[5]神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D]. 伊茂森.中国矿业大学 2008
[6]浅埋煤层长壁开采矿压特点及其安全开采界限研究[D]. 李凤仪.辽宁工程技术大学 2007

硕士论文
[1]浅埋薄基岩综采面覆岩破断机理及与支架关系研究[D]. 李正杰.煤炭科学研究总院 2014
[2]浅埋煤层长壁开采覆岩结构特征研究[D]. 任艳芳.煤炭科学研究总院 2008
[3]寺河煤矿5.8～6.0m大采高综采面矿压规律研究[D]. 尹希文.煤炭科学研究总院 2007



本文编号：3710559