罐子沟煤矿综放工作面顶煤弱化技术及应用-安全技术及工程专业论文.docxVIP

I I 目录 目 录 1 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 国内外研究与应用现状 2 1.2.1 国内外综采放顶煤技术研究现状 2 1.2.2 坚硬煤层顶煤弱化技术应用及研究现状 3 1.3 研究内容 5 1.4 研究方案及技术路线 5 1.4.1 研究方案 5 1.4.2 技术路线 5 2 罐子沟煤矿 6102 工作面概况 7 2.1 工作面概况 7 2.2 煤层及其顶底板 7 2.2.1 煤层情况 7 2.2.2 煤层顶、底板情况 7 2.3 水文、地质 8 2.3.1 地质构造情况 8 2.3.2 水文地质情况 8 2.4 瓦斯、煤尘 10 2.5 采煤方法及回采工艺 10 2.5.1 采煤方法 10 2.5.2 工作面布置及参数 10 2.5.3 巷道断面及支护形式设计 10 2.5.4 回采工作面顶板管理 11 2.5.5 回采工艺 11 2.6 本章小结 12 3 各种破碎技术的破岩机理 14 目录 3.1 静态破碎剂破岩力学研究 14 3.1.1 有界单孔破碎研究 14 3.1.2 多孔破碎研究 16 3.1.3 单孔多自由面破碎研究 18 3.1.4 裂缝孔破坏力学分析 19 3.1.5 静态破碎剂破岩机理 23 3.2 炸药爆破破岩机理 24 3.2.1 岩石爆破机理的几种假说 24 3.2.2 单个药包的爆破作用 25 3.3 高压注水破岩机理 29 3.3.1 破岩机理 29 3.3.2 高压注水破岩方案设计 30 3.4 本章小结 31 4 数值分析研究 32 4.1 模型建立 32 4.2 不同爆破参数时围岩破坏情况 32 5 工作面顶煤预先弱化方案设计及效果分析 38 5.1 方案设计 38 5.1.1 工作面爆破巷布置 38 5.1.2 顶煤弱化方案 38 5.2 施工工艺及设备配备 39 5.2.1 施工机具的选择 39 5.2.2 施工工艺流程及工艺流程说明 39 5.2.3 劳动组织及主要经济技术指标 41 5.2.4 安全生产系统 43 5.3 现场实施效果分析 50 5.4 本章小结 50 6 研究结论及展望 51 6.1 主要结论及成果 51 II III III 目录 6.2 存在的问题及展望 51 致 谢 52 参考文献 53 附录 60 PAGE PAGE 1 1 绪论 1 绪论 1.1 研究背景 煤炭是我国的主要能源和化工原料，作为不可再生能源，目前及今后相当长时间内 在能源结构中居于重要地位。2009 年我国煤炭产量突破 30 亿吨，其中厚煤层开采产量 约占 50%。随着国民经济发展和经济结构的逐步调整，我国华东、华南地区的煤炭资源 储量逐年减少，煤层覆存条件逐步恶化，在行业中的竞争力逐渐减弱，总体处于保产和 自用状态。而随着西部大开发战略的继续深入，我国的新疆、内蒙古、陕西、宁夏、山 西等西部主要产煤地区将是今后几十年煤炭生产和消费的主要增长区。这些地区的煤层 60%以上属于厚煤层，大采高一次采全高和综采放顶煤开采技术将是本区域的主要开采 手段。综采放顶煤开采是一种机械开采和顶煤自由冒落相结合的开采方法，特别适用于 厚及特厚煤层开采，与以往分层等其他方法相比，具有系统简单、生产规模大、工作面 效率高等技术优势[1-2]。因此自 1988 年沈阳蒲河矿首次进行综放开采的工业性实验以来， 迅速在东北、华北以及西北等厚煤层矿区的适宜件下得到大面积的推广[3-6]。 目前，厚煤层的综放开采，不仅在缓倾斜和急倾斜厚煤层得应用，而且已经由原来 的软煤层和中硬煤层推广应用到硬煤层[7-8]。但对于坚硬厚煤层的综放开采，往往由于其 冒放性差导致采出率低、顶板难以管理、自燃发火等问题，严重影响矿井的安全高效开 采[9-11]。因此，对于坚硬厚煤层开采工作面顶煤破碎及弱化工艺的研究，不仅对特厚一 厚煤层安全高效开采有直接意义，而且对完善特厚一厚坚硬煤层综放开采技术具有重要 的理论意义。 罐子沟煤矿 6#煤层位于太原组上部，是矿井主要可采煤层，埋深 100～190m 之间， 煤层直接顶为碳质泥岩，厚度 2～3m，隔水性较强，直接顶以上为中、粗、含砾砂岩， 平均厚度 61m。工作面范围内煤层开采厚度 11.5m,夹矸 1～11 层，平均 8 层，结构复杂， 夹矸岩性大多为粘土岩、泥岩、炭质泥岩。由于煤的硬度系数大,不利于顶煤的预破坏， 在生产实践过程中，时常出现顶煤放出率不高或不易放出现象，工作面回采率达不到开 采设计规范的有关规定，造成采空区滞后丢煤严重，顶煤不能及时垮落冒实，采空区漏 风增加，极易引发采空区残留煤炭的自燃和发火的危险，直接威胁煤矿的安全开采