【摘要】：工作面煤壁的破壞是影響大采高綜采開采技術(shù)效益發(fā)揮的關(guān)鍵因素之一,尤其是在煤層開采不斷向深部發(fā)展的趨勢(shì)下,對(duì)深部大采高綜采工作面煤壁破壞及其控制技術(shù)進(jìn)行研究,具有十分重要的意義。本文以紅慶河煤礦3-1煤層埋深582.53~872.67m、可采厚度5.80~8.41m為研究背景,在理論分析基礎(chǔ)上,運(yùn)用Flac3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,對(duì)利用大采高綜采方法開采深部厚及特厚煤層時(shí)的工作面前方支承壓力分布及塑性區(qū)寬度特征、煤壁破壞性影響因素、液壓支架的初撐力和護(hù)幫板水平推力大小對(duì)煤壁穩(wěn)定性的影響規(guī)律以及控制煤壁穩(wěn)定性的方法進(jìn)行了深入研究,得到以下主要結(jié)論:(1)煤層開采后,工作面煤壁的原始平衡應(yīng)力被打破,進(jìn)行重新分布。根據(jù)支承應(yīng)力峰值的位置,工作面前方可分為彈性區(qū)和極限平衡區(qū)。通過理論分析,推導(dǎo)了塑性區(qū)寬度的估算公式,由該公式可知,工作面煤壁塑性區(qū)的寬度與煤層埋深、采高等成正比關(guān)系,與支架作用力、煤體與頂?shù)装褰佑|面之間的摩擦系數(shù)等成反比關(guān)系。此外,利用Flac3D軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,其結(jié)果表明:煤層埋深由600m增加至900m時(shí),工作面前方支承壓力的峰值由40MPa增加為53MPa,其應(yīng)力集中系數(shù)由2.67減小為2.36,而工作面塑性區(qū)的寬度由6m增加為12m;隨著煤層埋深的增加,工作面煤壁前方支承壓力的大小和作用范圍不斷增大,但支承壓力均呈現(xiàn)先增大后減小,并逐漸穩(wěn)定在某一值的變化過程。因此,隨著煤層埋深的增加,工作面煤壁的支承壓力峰值和塑性區(qū)寬度均增大,但峰值的應(yīng)力集中系數(shù)卻減小了。(2)對(duì)影響煤壁破壞的地質(zhì)和開采技術(shù)因素進(jìn)行了歸納分析,并設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)方案,利用Flac3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,基于Drucker-Prager準(zhǔn)則計(jì)算了工作面煤壁的破壞系數(shù)。結(jié)果表明:煤層的埋深增大,煤壁的破壞系數(shù)也增大;縮小支架合力作用點(diǎn)到煤壁的距離、增大液壓支架初撐力、適當(dāng)降低采高、減小工作面長(zhǎng)度可降低煤壁的破壞程度,從而有效防治片幫;工作面煤壁是否發(fā)生破壞及其破壞程度決定著片幫是否發(fā)生,影響煤壁破壞性因素的主次排序?yàn)?埋深支架合力作用點(diǎn)到煤壁距離液壓支架初撐力采高工作面長(zhǎng)度,從這一排序可以看出,通過人為地調(diào)整支架合力作用點(diǎn)到煤壁距離、初撐力和工作面長(zhǎng)度可以減小煤壁的破壞程度。紅慶河煤礦利用大采高綜采方法開采3-1煤層的合理工藝參數(shù)為:支架合力作用點(diǎn)到煤壁的距離為2m,液壓支架的初撐力12000kN,工作面長(zhǎng)度225m。(3)通過建立力學(xué)模型與進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了液壓支架的初撐力和護(hù)幫板水平推力對(duì)工作面煤壁穩(wěn)定性的影響規(guī)律,表明:支架初撐力從8000kN增加至12000kN時(shí),煤壁前方垂直應(yīng)力的峰值由44MPa減小為40MPa,但峰值到煤壁的距離并沒有發(fā)生較大改變,大約為7m,而且煤壁前方煤體的破壞面積由13.95m~2減小為7.44m~2;護(hù)幫板水平推力從100kN增加至500kN時(shí),煤壁的水平位移由0.47m減小為0.28m,同時(shí),煤壁前方煤體的破壞面積由7.75m~2減小為4.65m~2。因此,增加液壓支架的初撐力和護(hù)幫板的水平推力有利于維護(hù)煤壁的穩(wěn)定性,從而降低形成片幫的幾率。利用大采高綜采開采厚及特厚煤層時(shí),工作面煤壁的控制方法有:提高液壓支架的初撐力和工作阻力、增加護(hù)幫板的支護(hù)力和支護(hù)面積、加快工作面推進(jìn)的速度和改善工作面煤體的強(qiáng)度。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD355
【圖文】：

鄂爾多斯西南地區(qū)的國家大型煤炭基地內(nèi)蒙古伊泰廣聯(lián)煤化有限責(zé)任公司，距，年生產(chǎn)能力 1500 萬 t。井田南北走向積為 140.759km2，可采煤炭?jī)?chǔ)量約 20圍，初期開采 3-11、3-14 兩個(gè)采區(qū)。井田表 2-1 劃定井田范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)eating the coordinates of the inflection point of m 經(jīng)度（Y）m 序號(hào) 緯度（X7 37374987.06 2 43599114 37392443.43 4 4343556

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：WAW-600 萬能試驗(yàn)機(jī)。3）試件制備：試樣為紅慶河煤礦 3-1 煤層及其頂?shù)装鍘r層，根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)的要與說明，把煤巖試樣加工成直徑為 50mm、高為 100mm 的圓柱體。4）試驗(yàn)方法：試驗(yàn)過程中的步驟依據(jù) ISRM 標(biāo)準(zhǔn)依次實(shí)施。尤其，要根據(jù)試樣層理分布來加載垂直應(yīng)力，使二者相互垂直。對(duì)試樣施加壓力的過程如圖 2-3 所示。過加載器示數(shù)可得到試樣的極限破壞值。

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