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浅埋薄基岩上下层同步开采技术研究

作　者: 李福胜
导　师: 王家臣
学　校: 中国矿业大学（北京）
专　业: 采矿工程
关键词: 浅埋深薄基岩煤层群开采底板破坏深度工作面错距巷道布置
分类号:
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文针对神华集团李家壕煤矿浅埋薄基岩上下层同采技术展开研究。首先对煤层间亚关键层结构进行分类，研究亚关键层初次破断后岩块的三角拱结构及触矸后的单斜结构在煤壁处是否发生滑落失稳来做为判断工作面顶板是否出现切落现象的依据，并应用UDEC数值模拟软件模拟分析了不同亚关键层结构和基载比下的工作面顶板垮落形态，确定基载比0.9为基本顶是否出现滑落失稳现象的分界线。其次，根据半无限体上均布载荷问题的求解方法和地质雷达探测技术，分析了2-2中煤层工作面推进时造成的底板破坏深度范围，并以弹性均质体为基础，研究了上工作面推进方向及两侧方向上底板应力分布规律。第三，应用FLAC3D数值模拟软件从煤岩体应力分布及变形破坏角度模拟分析了上工作面采动影响下下同采12108工作面的合理错距及其回采巷道的合理布置方式，最终确定两煤层同采工作面合理错距为40m，回采巷道合理布置方式为外错布置12m-14m。最后，通过现场观测12108工作面矿压显现及其回采巷道移动变形规律，验证了理论和模拟分析的合理性，并为相似条件矿井工作面安全开采提供依据。

全文目录

摘要  6
Abstract  6-7
详细摘要  7-10
Detailed Abstract  10-13
目录  13-16
1 绪论  16-26
  1.1 论文的背景与意义  16-19
    1.1.1 论文的背景  16-19
    1.1.2 论文的意义  19
  1.2 国内外研究现状综述  19-23
    1.2.1 浅埋深薄基岩厚表土层开采国内外研究现状  19-21
    1.2.2 煤层群协调开采技术研究现状  21-22
    1.2.3 煤层群采区巷道布置研究现状  22-23
  1.3 存在的问题  23
  1.4 研究内容、方法及技术路线  23-26
    1.4.1 研究内容与方法  23-24
    1.4.2 技术路线  24-26
2 浅埋深薄基岩煤层群开采关键层力学分析及破断失稳特征  26-42
  2.1 浅埋深薄基岩近距离煤层群开采关键层分类  26-29
    2.1.1 煤层间无明显关键层结构  26-27
    2.1.2 煤层间单一关键层结构  27-28
    2.1.3 煤层间复合关键层结构  28-29
  2.2 浅埋深薄基岩近距离煤层群开采关键层破断失稳特征  29-32
    2.2.1 煤层群开采煤层间单一关键层结构的破断特征  29-31
    2.2.2 煤层群开采煤层间复合关键层结构亚关键层群破断同步的破断特征  31-32
  2.3 浅埋深薄基岩近距离煤层群开采工作面来压力学分析  32-39
    2.3.1 工作面初次来压力学分析  33-36
    2.3.2 工作面周期来压力学分析  36-39
  2.4 小结  39-42
3 浅埋深薄基岩煤层群开采工作面矿压显现规律  42-58
  3.1 浅埋深薄基岩煤层群开采关键层结构对矿压显现影响  42-50
    3.1.1 UDEC 数值模型  42-44
    3.1.2 关键层结构对矿压规律影响  44-49
    3.1.3 模拟结果对比  49-50
  3.2 “基载比”对浅埋深薄基岩煤层群开采工作面矿压显现影响  50-56
    3.2.1 UDEC 数值模型  50-51
    3.2.2 基载比对矿压显现影响  51-53
    3.2.3 模拟结果对比分析  53-54
    3.2.4 煤层及顶板垂直位移应力分布规律  54-55
    3.2.5 现场观测分析  55-56
  3.3 小结  56-58
4 上下煤层同采工作面的合理错距研究  58-82
  4.1 长壁工作面底板岩体破坏范围分析计算  58-66
    4.1.1 半无限体上均布载荷问题求解  58-59
    4.1.2 长壁工作面底板岩层破坏深度范围分析  59-62
    4.1.3 长壁工作面底板岩层破坏深度 Flac3D 模拟  62-66
  4.2 地质雷达实测长壁工作面底板岩层破坏深度  66-71
    4.2.1 地质雷达的工作原理  66-67
    4.2.2 井下应用的可行性及理论计算  67-68
    4.2.3 地质雷达现场应用实践  68-69
    4.2.4 探测图像分析处理  69-71
  4.3 工作面推进方向上煤层底板应力分布规律  71-75
  4.4 上下煤层同采工作面的合理错距数值模拟研究  75-80
    4.4.1 理论分析  75
    4.4.2 模型的建立  75-77
    4.4.3 模型结果分析  77-80
  4.5 小结  80-82
5 煤层回采巷道合理布置方式模拟研究  82-96
  5.1 上工作面两侧底板应力分布规律  82-84
  5.2 同采煤层回采巷道布置方式选择  84-85
  5.3 外错式巷道布置合理错距的确定  85-94
    5.3.1 巷道两帮应力分布规律模拟结果分析  85-88
    5.3.2 巷道顶底板应力分布规律模拟结果分析  88-91
    5.3.3 巷道顶底板及两帮位移变形规律模拟结果分析  91
    5.3.4 巷道围岩破坏分布范围模拟结果分析  91-94
  5.4 小结  94-96
6 工程实践  96-106
  6.1 煤层群回采工艺及同采技术措施研究  96-99
    6.1.1 开采条件  96
    6.1.2 工作面巷道布置  96-97
    6.1.3 工作面回采工艺  97
    6.1.4 工作面顶板管理  97-98
    6.1.5 工作面回采巷道超前支护维护  98-99
  6.2 12108 工作面矿压观测分析  99-103
  6.3 12108 回采巷道围岩位移变形监测分析  103-104
    6.3.1 观测方法  103
    6.3.2 观测结果  103-104
  6.4 小结  104-106
7 结论与展望  106-108
  7.1 主要结论  106-107
  7.2 主要创新点  107
  7.3 展望  107-108
参考文献  108-112
致谢  112-114
作者简介及攻读期成果  114

浅埋薄基岩上下层同步开采技术研究

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