毕业论文：《缓倾斜近距离煤层联合开采的数值模拟研究》.docVIP

前 言 目前，我国面临部分矿井处于挖潜阶段，对于缓倾斜近距离煤层联合开采的采煤方法、顺槽采用锚网、锚索和锚杆联合支护采煤方法。安全高效地开采九槽煤的复合煤层，一方面，减少了资源浪费，延长了矿井寿命。另一方面，为我矿同等条件的煤层开采探索出一种新方法，具有较好的经济效益和社会效益，因此本项目的研究具有较广泛的应用前景。 对于缓倾斜近距离煤层联合开采的采煤方法，目前国内没有成功的经验可借鉴。本项目针对上述情况，采用相似材料实验模拟和数值模拟及理论分析相结合的方法重点研究：联合开采和单一煤层开采对回采巷道的应力及变形影响规律、不同的巷道布置方式对围岩稳定性的影响、顶板运动参数和矿压显现规律；锚、网、索联合支护的合理参数；围岩的活动规律和确定开采技术参数，从而确定9上、9下槽联合开采巷道布置方案和采法设计方案。提出安全开采方案和相关技术措施。实现规模生产，提高综合经济效益。研究和确定适合于大安山矿九槽煤层的采煤方法和采煤工艺及主要参数。通过对九槽煤开采技术的研究，安全高效地开采水平缓倾斜近距离煤层煤炭，提高煤炭资源利用率，延长矿井服务期，为类似条件安全开采提供理论指导。 本项目能够保证开采过程中安全，提高综合经济效益，减少资源浪费，延长矿井寿命，为我矿同等条件的煤层开采探索出一种新方法，具有较好的经济效益和社会效益。 1 立项背景和研究内容及技术路线 1.1 问题的提出 北京昊华公司大安山煤矿+680水平9槽煤层包括9上、9下两层煤，煤层平均倾角17°，9上的平均厚度为1.5m，9下的平均厚度为1.25m，夹石变化范围为0.00-2.00m，平均厚度为1.5m。煤层结构复杂，顶底板均为粉砂岩，伪顶底为炭质粉沙岩。中间夹石层不稳定，时厚时薄，局部可能有串层现象。目前，对于缓倾斜近距离煤层联合开采，国内没有成功的经验可借鉴。因此在充分调研的基础上，采用相似模拟材料试验和数值模拟的方法，研究单一煤层开采和联合开采条件下回采巷道的变形和破坏规律及开采过程中工作面顶板活动规律和矿压显现规律十分必要。为将来开采积累经验，避免出现安全事故。 1.2 项目研究内容、方法和技术路线 本项目采用相似模拟实验和数值模拟及理论分析相结合的方法，以实验室实验数据为基础，相似材料模拟实验研究联合开采和单一开采条件下回采巷道的变形和破坏规律及矿压显现规律；从而确定9上、9下槽煤层合理的开采方案。 1.2.1 项目研究内容 （1）根据地层综合柱状图，测定煤岩的物理力学性质（包括弹性模量、泊松比、内聚力、内摩擦角、抗压强度、抗拉强度等）。 （2）利用相似材料模拟实验研究单一煤层开采和联合开采条件下回采巷道的变形和破坏规律，确定合理的巷道护巷方式和支护方式。 （3）利用相似材料模拟实验研究和数值模拟研究确定联合开采的合理巷道布置方案和合理错距。 （4）利用相似材料模拟实验研究9上留煤柱护巷、9下无煤柱护巷方式， 9下回采巷道的变形和破坏规律。 （5）利用相似材料实验模拟研究工作面顶板活动规律和矿压显现规律； （6）确定适合于大安山煤矿九槽煤层的采煤方法和采煤工艺及主要参数。 1.2.2 项目研究的主要方法和技术路线 项目研究主要采用现场调研、实验室实验和数值模拟相结合的方法，技术路线如图1-1所示。 调研收集资料 调研收集资料 实验室试验 撰写研究报告与项目验收 数 值 试 验 现场调研 图1-1 项目研究技术路线图 Fig.1-1 The road map of the project research technology （1）调研资料，收集九槽煤有关资料，现场取样。 （2）煤岩力学参数测试，相似模拟试验。 （3）计算机模拟试验，利用数值模拟研究9上留煤柱护巷、9下无煤柱护巷方式，9下回采巷道的变形和破换规律。 （4）利用相似材料模拟试验和数值模拟研究不同开采条件下回采巷道的变形和破坏规律，确定合理的巷道护巷方式和支护方式。 2 工程地质概况 2.1 概述 大安山煤矿是昊华能源公司下属企业。是一家集原煤生产、筛选加工、销售为一体的综合性煤炭企业。井田位于北京西部山区，矿区内地势陡峻，沟谷纵横。矿区内方便，公路可达工业广场，铁路通到陈家坟煤仓。京广铁路良乡站距陈家坟煤仓41公里，矿井工业广场经京源公路到北京市中心95公里(图2-1)。区内最高峰为老龙窝，标高+1646.5m，最低沟谷为大北河一带，标高+550m，沟谷均为与地层走向直交或斜交的V形谷，矿区地貌为构造侵蚀中高山区，基岩多裸露，山上多为坡积、残积物，沟谷两侧及山地缓坡有冲积、洪积物，为砂砾石及土层。 井田范围东起茶棚岭断层，西到大网山断层，南自玄武岩顶界，北到48#钻孔与96#钻孔连接线，深部到+450m水平。走向长约9公里，倾向宽2～4公里，面积25.5平方公里。井田东部与木