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李雅庄煤矿下保护层开采卸压保护范围及可行性研究

作　者: 李鹏
导　师: 魏建平; 王云刚
学　校: 河南理工大学
专　业: 矿业工程
关键词: 下保护层应力变形保护范围突水数值模拟
分类号: TD713
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 39次
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内容摘要

本文以霍州煤电集团有限责任公司李雅庄煤矿为研究对象，针对其2号煤层存在的高瓦斯、高应力条件，采用理论分析、现场测定、实验室测试和数值模拟等方法，开展了下保护层开采卸压保护范围及可行性研究工作。保护层开采就是通过对保护层的开采使被保护层卸压，释放煤层的弹性潜能，增大煤层的透气性，从而有利于被保护层瓦斯流动、解吸和含量减少，达到降低煤层瓦斯内能的目的。为了分析下保护层开采的卸压保护范围，并确定其可行性，研究了下保护层开采过程中被保护层应力和变形分布规律：被保护煤层的应力分布沿走向方向从开切眼到停采线依次经历应力集中区、应力卸压区和应力集中区等三个阶段，沿倾斜方向从上巷到下巷也依次经历上述三个阶段，但较前者分布不够均匀；被保护煤层变形沿走向和倾向均呈现压缩、膨胀、压缩的变化规律，最大膨胀变形出现在采空区中上部；确定了下保护层开采后被保护层走向、倾向保护范围；研究了6号煤层作为下保护层开采时底板承压水的运移规律：在防水煤柱留设宽度分别为20m、40m、60m、80m、100m、120m、140m、160m时，均有可能在工作面切眼、停采线处煤壁以及底板岩层等部位发生突水；利用有效隔水层突水系数法对6号煤层作为下保护层开采时的底板突水危险性进行了评价：6号煤层底板标高小于289.28m的区域为K2太灰水突水危险区，6号煤层底板标高大于289.28m的区域为K2太灰水突水威胁区，6号煤层可采范围内为奥灰水突水威胁区；从防治水的角度确定了下保护层开采的可行性：李雅庄煤矿6号煤层作为下保护层开采不可行，但为了保证能源的充分利用，可以利用底板注浆加固进行带压开采。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究背景与研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状及存在问题  12-15
    1.2.1 保护层开采研究现状  12-13
    1.2.2 底板突水机理研究现状  13-15
    1.2.3 存在的问题  15
  1.3 研究内容与研究方法  15-16
    1.3.1 研究内容  15-16
    1.3.2 研究方法  16
  1.4 研究特色及研究技术路线  16-19
    1.4.1 研究特色  16-17
    1.4.2 研究技术路线  17-19
2 工程概况  19-27
  2.1 矿井概况  19-21
    2.1.1 基本情况  19
    2.1.2 地质构造  19-20
    2.1.3 水文地质条件  20-21
  2.2 下保护层开采条件  21-25
    2.2.1 保护层和被保护层主要特征  21-22
    2.2.2 保护层和被保护层瓦斯参数情况  22
    2.2.3 下保护层开采最小层间距  22-25
  2.3 本章小结  25-27
3 岩石力学参数测试  27-37
  3.1 岩石力学参数测定概述  27
  3.2 采样地点  27
  3.3 试验设备和检测仪器  27-29
  3.4 岩石试样的规格、加工精度、数量及含水状态  29
    3.4.1 试样规格  29
    3.4.2 试样加工精度  29
    3.4.3 试样数量及含水状态  29
  3.5 岩石物理力学参数测定方法和测定结果  29-34
    3.5.1 岩石视密度测定  29-30
    3.5.2 岩石抗拉强度测定  30-31
    3.5.3 岩石抗压强度及变形参数测定  31-32
    3.5.4 岩石内聚力和内摩擦角测定  32-34
  3.6 岩石物理力学参数测定结果汇总  34-35
  3.7 本章小结  35-37
4 下保护层开采卸压保护范围数值模拟  37-71
  4.1 保护层开采相关机理  37-39
    4.1.1 保护层开采卸压保护原理  37-38
    4.1.2 保护层开采保护范围判定准则  38-39
  4.2 数值模拟软件介绍  39-41
    4.2.1 数值分析基本方法  39-40
    4.2.2 数值模拟计算原理  40-41
  4.3 三维数值模型的建立及物理力学参数取值  41-44
    4.3.1 三维数值模型的建立  41-43
    4.3.2 煤岩体物理力学参数取值  43
    4.3.3 开采方案及防水煤柱设置  43-44
  4.4 采区地应力场初始化  44-47
  4.5 回采工作面卸压效果分析  47-67
    4.5.1 被保护层应力分布规律分析  47-57
    4.5.2 被保护层变形规律分析  57-67
  4.6 下保护层开采有效卸压保护范围的确定  67-70
    4.6.1 沿走向方向的保护范围  67-68
    4.6.2 沿倾斜方向的保护范围  68-70
  4.7 本章小结  70-71
5 下保护层开采可行性分析  71-83
  5.1 底板突水类型及其机理  71-72
  5.2 底板承压水运移规律数值模拟  72-78
    5.2.1 数值模拟计算原理  72-74
    5.2.2 参数设置  74-75
    5.2.3 开采方案及防水煤柱设置  75
    5.2.4 模型初始条件和边界条件  75-76
    5.2.5 模型结果分析  76-78
  5.3 下保护层开采可行性分析  78-82
    5.3.1 6号煤层底板突水危险性评价  78-81
    5.3.2 6号保护煤层开采可行性分析  81-82
  5.4 本章小结  82-83
6 结论及展望  83-85
  6.1 结论  83
  6.2 展望  83-85
参考文献  85-89
作者简历  89-91
学位论文数据集  91

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