石窑店煤矿浅埋煤层初采期顶板致灾机理及控制研究

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1、分类号：学校代码：UDC：密级：硕士学位论文石窑店煤矿浅埋煤层初采期顶板致灾机理及控制研究StudyontheFormationMechanismofShallowSeamsRoofDisasterandControlDuringPreliminaryExtractioninShiyaodianMine研究生：张亮导师：王恩鹏研究员解兴智副研究员学科专业：采矿工程研究方向：矿山压力与岩层控制培养单位：煤科总院开采设计研究分院煤炭科学研究总院2014年4月煤炭科学研究总院硕士学位论文摘要近几年随着神府矿区采深的加大，开采埋深为60m~150m的厚基岩型浅埋煤层矿井逐渐增多，随之出现许多新

2、的问题，比如部分厚基岩浅埋煤层初采期顶板大面积悬顶、基本顶初次来压期间矿压显现异常剧烈。由于针对浅埋厚基岩顶板致灾原因的研究较少，缺乏此类顶板控制的理论依据，导致顶板处理后仍不能杜绝灾害的发生，因此该问题需要进一步研究。-2本论文以石窑店煤矿所采的5煤为研究对象，在实验室实验和矿压实测数据分析的基础上，采用理论计算和数值模拟相结合的方法对厚基岩浅埋煤层初采期顶板破断与垮落规律进行分析，并研究了其致灾机理，在此基础上对初采期顶板控制技术进行研究，确定强制放顶为最佳控制办法，并通过数值模拟和理论计算对强制放顶的关键参数和方案（如强制放顶层位和高度、合理炮孔间距及掏槽孔布置）等进行了全面研究

3、，经215206工作面现场实践证明，由该方法确定的爆破方案工程量小且效果显著。主要研究成果如下：-2（1）5煤层顶板弹性模量大，单轴抗拉强度高，顶板砂岩层厚度大裂隙不发育，整体性强，直接顶初次垮落步距约为35m，这是初采期间顶板大面积悬顶并容易引发飓风的主要原因；12.2m厚的上位基本顶与6.6m厚的下位基本顶复合破断，初次来压步距为55m，基本顶断裂后形成三铰拱结构，由于铰接岩块高长比大，抗滑落失稳能力弱，当回采到梁前端断裂线处即发生滑落失稳，导致工作面出现台阶下沉，这是初采期矿压显现剧烈的原因。若在切眼处采取强制放顶，当顶板处理层位达到下位基本顶时，可以改变下位基本顶岩层结构，使之

4、提前垮落并充填满采空区，从而可以使上位基本顶只发生断裂，而不发生失稳垮落，能够有效减小来压强度，同时也能消除大面积悬顶垮落形成飓风的条件。（2）初次来压步距与放顶高度的关系为：存在一个合理放顶高度区间，在此区间内来压步距随着放顶高度增加而线性减小，当超过该区间时基本顶初次来压步距增大并维持为一个定值，并由此确定215206工作面强放高度为7m。（3）根据爆破漏斗理论，分析了延长药包在单自由面和双自由面不同情况下发生I煤炭科学研究总院硕士学位论文减弱抛掷爆破时最小抵抗线与装药直径、密度的关系，并根据最小抵抗线确定掏槽炮孔和其余炮孔的布置方案和参数。关键词：浅埋厚基岩；致灾机理；顶板控制；

5、强制放顶；初次来压步距；爆破参数II煤炭科学研究总院硕士学位论文AbstractInrecentyears,thenumberofminesincreasesgraduallyinShenfuminingareaexploitingshallowseamswiththickbedrock.Thisphenomenonisaccompaniedbynewproblemsthatlargearearoofdon’tfallandthegradeofgroundpressureissevereininitialminingstage.Becausetheresearchonroofdisas

6、terofshallowseamswiththickbedrockislittle,roofcontrolislackoftheoreticalguidance,theproblemneedsfurtherresearch.Thispaperanalyzesthelawofrooffailureandmovement,studiesonthereasonofroofdisasterbasedonon-sitesurveyandpressureobservation,bymeansoftheoreticalcalculationandnumericalsimulation,underth

7、eengineeringbackgroundofShiyaodianmine.Further,thepaperconductsacomprehensiveresearchonkeyblastingparameterandscheme,suchasoverheadcavingheight,reasonableblastholespaceandthelayoutofcuttinghole.Theresearchresultprovedtobecor