煤炭是寶貴的不可再生資源,在保證安全、技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的前提下,盡可能提高煤炭采出率是煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢之一。中國工程院袁亮院士提出了“煤炭精準(zhǔn)開采科學(xué)構(gòu)想”,煤炭精準(zhǔn)開采是人類社會未來采礦的必由之路,本文對極松散厚煤層完全沿空掘巷支護技術(shù)方面的研究,正是精準(zhǔn)開采的工程實例。目前我國在完全沿空掘巷方面實踐的案例很少數(shù),公開文獻顯示,自1949年至今,我國僅實施了 5例,其中4例對應(yīng)的煤層厚度均在2m左右,且屬中硬度煤層;煤層厚度8m左右,且屬于極松散低強度的煤層僅本項目1例,故本文的研究依然屬新生事物,嘗試實施完全沿空掘巷的煤礦數(shù)量不多。在煤礦中實施完全沿空掘巷技術(shù)不僅可以提高煤炭采出率,而且可以省去了探水環(huán)節(jié),提高了成巷速度,保證了工作面的及時接替,避免了煤礦停產(chǎn)。圍繞論題,本論文的主要研究工作如下:(1)根據(jù)收集的資料分析8100機巷所處的復(fù)雜工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,分析水害、有害氣體及采空區(qū)殘余煤炭自燃等該巷實施完全沿空掘巷的影響因素并進行防治,為順利實施完全沿空掘巷技術(shù)提供理論支撐。(2)從工業(yè)現(xiàn)場取試樣對主要巖石的抗拉強度、抗壓強度、變形模量、彈性模量、泊松比等力學(xué)性質(zhì)進行...

【文章頁數(shù)】：168 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 沿空掘巷的研究概述
        1.2.2 采煤工作面周邊礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究概況
        1.2.3 巷道支護的研究概述
        1.2.4 完全沿空掘巷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容與方法
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 研究方法
2 影響完全沿空掘巷基本原因分析及對策研究
    2.1 工程概述
    2.2 局部小構(gòu)造分析
        2.2.1 周邊已查明構(gòu)造總覽
        2.2.2 局部構(gòu)造對8100機巷掘進施工影響分析
    2.3 水害分析及防治
        2.3.1 水文地質(zhì)概況及水害類型分析
        2.3.2 工作面涌水量預(yù)算
        2.3.3 水害防治措施
    2.4 有害氣體分析及防治
        2.4.1 采空區(qū)瓦斯積存狀態(tài)8100機巷影響分析
        2.4.2 工作面瓦斯涌出量預(yù)測
        2.4.3 瓦斯治理方案
    2.5 余煤自燃的影響因素分析及防治
        2.5.1 余煤自燃的影響因素分析
        2.5.2 余煤自燃的防治
    2.6 本章小結(jié)
3 煤巖樣物理力學(xué)性能研究
    3.1 煤頂板、底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗
        3.1.1 試驗內(nèi)容
        3.1.2 試驗系統(tǒng)及試驗前后的試件
        3.1.3 試驗結(jié)果
        3.1.4 普氏系數(shù)試驗
    3.2 煤的力學(xué)性能試驗
        3.2.1 煤的側(cè)壓系數(shù)試驗
        3.2.2 煤單軸和三軸壓縮強度試驗
        3.2.3 煤與巖石的摩擦系數(shù)試驗
    3.3 本章小結(jié)
4 實體煤側(cè)煤體變形分區(qū)及支護機理研究
    4.1 實體煤側(cè)煤體變形分區(qū)研究
        4.1.1 完全沿空掘巷上覆老頂?shù)幕緮嗔研问?br>        4.1.2 實體煤側(cè)煤體受力變形力學(xué)模型的建立
        4.1.3 實體煤側(cè)煤體變形分區(qū)及范圍研究
        4.1.4 實體煤側(cè)煤體變形分區(qū)邊界應(yīng)力及范圍確定
        4.1.5 理論計算結(jié)果分析
        4.1.6 數(shù)值模擬對比計算分析
    4.2 支護機理分析
        4.2.1 松散破碎煤體的維穩(wěn)機理
        4.2.2 錨桿錨固的位移自鎖原理
        4.2.3 “錨架煤”綜合支護結(jié)構(gòu)承載機理
    4.3 U型鋼支架承載能力計算與分析
        4.3.1 未補強U型鋼支架承載能力計算
        4.3.2 兩排錨桿補強支護U型鋼支架承載能力計算
        4.3.3 兩排錨桿支護U型鋼支架補強位置優(yōu)化
        4.3.4 三排錨桿補強支護U型鋼支架承載能力計算
    4.4 本章小結(jié)
5 完全沿空掘巷周圍煤巖體劣化的有限元分析
    5.1 模型概況
        5.1.1 幾何尺寸
        5.1.2 圍巖破碎區(qū)的力學(xué)性質(zhì)
        5.1.3 邊界條件
        5.1.4 網(wǎng)格劃分
    5.2 模擬計算過程及結(jié)果分析
        5.2.1 模擬步驟
        5.2.2 地應(yīng)力覆加效果
        5.2.3 工作面開采的模擬
        5.2.4 8100機巷開挖
        5.2.5 弱面結(jié)構(gòu)對巷道圍巖的影響
    5.3 本章小結(jié)
6 支護技術(shù)應(yīng)用及可靠性評價
    6.1 非對稱支護及支護方案
        6.1.1 非對稱支護
        6.1.2 支護方案
    6.2 8101工作面頂板斷裂對8100機巷的影響分析
        6.2.1 檢測儀器及方法
        6.2.2 現(xiàn)場監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析
    6.3 支護壓力與圍巖(煤)變形的實測與分析
        6.3.1 壓力測試
        6.3.2 測試工具及使用方法
        6.3.3 測力計現(xiàn)場安裝
        6.3.4 現(xiàn)場監(jiān)測及分析
    6.4 巷道變形監(jiān)測
        6.4.1 觀測目的
        6.4.2 觀測點位設(shè)置
        6.4.3 變形觀測及分析
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 主要創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介及讀研期間主要科研成果



本文編號：3874868