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薛村矿3~#煤作保护层开采研究

作　者: 张硕
导　师: 蓝成仁
学　校: 河北工程大学
专　业: 地质工程
关键词: 保护层开采开采优化数值模拟矿压规律
分类号: TD823
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

保护层开采可以有效的防止煤与瓦斯突出,国内外在开采煤与瓦斯突出矿井煤层群时,广泛利用开采保护层作为区域性防突的措施。峰峰集团薛村矿主采煤层为2“煤,厚度约5.5m,赋存条件较好,但瓦斯含量高,为安全高效的完成回采,通常将4#煤作为保护层进行开采。但随着开采范围的扩大,部分地区的4#煤层已不再具备作为保护层开采的条件。3“煤层因为厚度较薄,受开发技术和经济等影响,一直未进行开采。本文在对薛村矿地质资料详细研究的基础上,通过数值模拟的方法,对薛村矿3“煤931302工作面作为上覆2“煤保护层开采的理论分析、采高优化分析、开采过程中的矿压规律和上覆岩层移动规律,以及3“煤开采对2#煤开采条件的影响分析,最后得出以下结论：(1)薛村矿3#煤931302工作面无突出危险性,且与2#煤层的法线距离平均为30m,属有效保护范围内,理论上可以作为2#煤的保护层开采。(2)综合3#煤931302工作面上覆岩层及其应力场变化和裂隙发育程度等因素,综合分析,认为开采高度取1.2m时,充分释放了2#煤层的瓦斯,形成有利于瓦斯运移的裂隙通道,同时又未对2“煤层及其顶板破裂造成较大影响,为其开采带来困难。(3)3#煤931302工作面开采至20-40m时,关键层发生剪切破断,基本顶发生初次来压；工作面开采至80m时,2#煤层开始出现剪切破坏,此时3#煤层上覆岩层裂隙场已经延伸至2#煤。整个开采过程中,3#煤上覆岩层破坏区未波及到2#煤,2#煤顶板仅有局部破坏现象,说明3#煤在1.2m采高条件下,既能对2“煤层达到解放的目的,又未对2#煤顶板上岩层造成过多破坏,保持了2#煤在开采过程中上覆岩层的稳定性。(4)3#煤931302采空区形成的裂隙场影响到了2#煤层,使2#煤层产生了定程度的裂隙,导致其发生了剪切破坏,3#煤层上覆岩层破坏区大部分区域均截止于2#煤底板以下,2#煤顶板只发生了局部破坏,根据2#煤层破坏场的分布范围可以确定被解放的2#煤工作面为400×120m,在此范围内,3#煤的解放开采对2#煤及上覆岩层的卸载作用效果良好。(5)通过对薛村矿931302上作面上覆2#煤瓦斯压力和顶板位移的观测,认为3#煤931302工作面作保护层开采,对2#煤的保护效果明显,适宜作保护层开采。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 保护层开采防突理论的国内外研究现状  12
    1.2.2 关于工作面上覆岩层的结构与岩层控制的研究现状  12-13
    1.2.3 关于采场覆岩结构稳定性研究现状  13-14
  1.3 研究内容及技术路线  14-16
    1.3.1 研究内容  14
    1.3.2 结构安排及技术路线  14-16
第2章地质概况及保护层开采的相关理论分析  16-33
  2.1 地质概况  16-22
    2.1.1 薛村矿基本情况  16
    2.1.2 薛村矿煤田地质特征  16-20
    2.1.3 3~#煤与2~#煤区域地质概况  20-21
    2.1.4 3~#煤层931302工作面与上覆2~#煤地质概况  21-22
  2.2 保护层开采理论分析  22-31
    2.2.1 保护层的选择及可行性分析  22-23
    2.2.2 保护层工作面开采工艺  23
    2.2.3 理论保护范围的划定  23-28
    2.2.4 工作面覆岩关键层的确定  28-31
  2.3 本章小结  31-33
第3章 3~#煤工作面开采采高优化研究  33-53
  3.1 概述  33
  3.2 计算方法简介  33-37
    3.2.1 离散单元法基本原理  33-34
    3.2.2 物理方程—力和位移间的相互关系  34-35
    3.2.3 运动方程—牛顿第二定律  35-37
    3.2.4 离散元程序UDEC简介  37
  3.3 UDEC数值建模  37-41
    3.3.1 建模原则  37-38
    3.3.2 计算模型  38-39
    3.3.3 边界条件及初始应力场  39-40
    3.3.4 监测点的布置  40
    3.3.5 模拟方案及步骤  40-41
  3.4 3~#煤931302工作面开采方案比较分析  41-51
    3.4.1 3~#煤931302工作面开采过程中覆岩应力场比较分析  41-46
    3.4.2 2~#煤931302工作面开采过程覆岩破坏场和裂隙场比较分析  46-51
  3.5 本章小结  51-53
第4章 3~#煤工作面开采矿压显现规律分析  53-78
  4.1 概述  53
  4.2 计算方法  53-57
  4.3 FLAC数值建模  57-65
    4.3.1 FLAC数值模型  57-62
    4.3.2 岩层属性及相关力学参数  62-63
    4.3.3 模拟方案及步骤  63-65
  4.4 模拟计算结果分析  65-76
    4.4.1 3~#煤931302工作面初始应力场分析  65-68
    4.4.2 3~#煤931302工作面开采过程中围岩竖向应力场演化规律  68-70
    4.4.3 3~#煤931302工作面开采过程中围岩最大主应力场演化过程  70-72
    4.4.4 3~#煤931302工作面开采过程中围岩破坏场演化规律  72-74
    4.4.5 3~#煤31302工作面开采过程中顶板活动规律分析  74-76
  4.5 本章小结  76-78
第5章 2~#煤工作面在保护层开采条件下的应力场演化分析  78-91
  5.1 3~#煤931302工作面开采后2~#煤煤层破坏场分析  78-79
  5.2 3~#号煤931302工作面开采过程中2~#煤竖向位移场分析  79-82
  5.4 2~#煤工作面在保护层开采条件下的矿压显现规律分析  82-90
    5.4.1 模拟开采方案及步骤  82-83
    5.4.2 2~#煤工作面开采过程中围岩竖向应力场演化规律  83-85
    5.4.3 2~#煤工作面开采过程中围岩最小主应力场演化规律  85-86
    5.4.4 2~#煤工作面开采过程中围岩破坏场演化规律  86-88
    5.4.5 3~#煤931302工作面和2~#煤开采过程中顶板活动规律分析  88-90
  5.5 本章小结  90-91
第6章 3~#煤保护层开采工作面现场试验研究  91-102
  6.1 概述  91
  6.2 保护层开采保护效果考察钻孔布置  91-93
    6.2.1 走向保护观察钻孔布置  92
    6.2.2 倾向保护观察钻孔布置  92-93
    6.2.3 膨胀变形量观察钻孔的布置  93
  6.3 被保护层瓦斯压力变化情况  93-98
    6.3.1 瓦斯压力测定方法  93-95
    6.3.2 瓦斯压力测定结果及分析  95-97
    6.3.3 被保护层卸压瓦斯抽采量考察  97-98
  6.4 膨胀变形量的测定  98-100
    6.4.1 顶板离层仪工作原理  98-99
    6.4.2 仪器安装步骤  99
    6.4.3 煤层膨胀变形量的观察数据及分析  99-100
  6.5 本章小结  100-102
结论  102-104
致谢  104-105
参考文献  105-108
个人简介  108
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  108

薛村矿3~#煤作保护层开采研究

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