《安全高效开采技术》PPT课件

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1、安全高效开采技术二○○九年七月中国矿业大学刘长友教授、博士生导师一、安全高效开采的基础理论二、安全高效工作面支架与围岩体系监测技术三、中厚偏薄（1.5～2.5m）煤层安全高效开采的工艺及保障体系四、短壁（房柱式）开采的工艺及参数设计五、深部及复杂地质条件下开采六、大采高综采技术与装备的发展趋势七、高效长壁综采放顶煤技术内容提纲岩层控制的关键层理论；“砌体梁”结构的“S-R”稳定理论——采场直接顶稳定性研究的基础岩层控制的关键层理论一、安全高效开采的基础理论支架支护阻力与端面顶板下沉量的关系；立柱支撑角度（

2、水平力）、支护质量对端面顶板稳定性的影响；不同硬度（软、中硬、硬）顶煤的端面顶板稳定性；直接顶的介质属性及整体力学特性；直接顶的破坏变形规律、承载分区和刚度分类；支架工作阻力与顶板下沉量关系新认识。采场端面顶板稳定性研究综放采场支架与围岩关系研究一、安全高效开采的基础理论顶煤运移与破坏规律的理论研究综放采场顶煤的破坏特征及分区由现场实测及理论分析可知，作为传力介质的顶煤，其不同区域内的破坏程度不同。因此，不同区域内的顶煤将有不同的传力效果，其破坏程度和范围可用如图3-11所示。图3-11顶煤的分区一、安全

3、高效开采的基础理论顶煤运移与破坏规律的理论研究综放采场顶煤的破坏特征及分区Ⅰ——非承载区该区内顶煤在基本顶回转变形时发生变形破坏，并向采空区垮落，因而该区内顶煤不承受基本顶的载荷，不产生给定变形压力，因而对支架无传力作用。Ⅱ——承载区该区内顶煤在基本顶回转变形过程中承受基本顶的载荷，产生给定变形压力，是支架承载的传力介质。Ⅲ——弱承载区由于煤壁支撑影响角的存在，该区内顶煤在基本顶的回转过程中，承受基本顶的载荷很小，变形很小，因而对支架的传力作用很小。一、安全高效开采的基础理论由综放采场顶煤的分区及其变形破

4、坏特征可知，Ⅰ、Ⅲ区直接顶在基本顶回转过程中，其承载和传力作用很小。因此，Ⅱ区直接顶的刚度实质上就是综放采场顶煤的刚度，是支架承载的主要传力区。可见，采场直接顶刚度与其弱化弹性模量和实际承载体的几何稳定性有关。一、安全高效开采的基础理论支架承载特性分析支架的工况特征放煤前支架工作阻力普遍呈增阻状态，而且增阻幅度主要是前柱大于后柱；放煤后支架工作阻力普遍下降，但下降幅度后柱大于前柱；放煤前支架支护强度增加，但放煤后普遍下降。支架的承载状况支架前柱的阻力普遍大于后柱。顶煤的刚度（厚度）变化对支架前后立柱的承载

5、产生影响综放开采工作面支架后柱还受到垮落煤岩的冲击的影响一、安全高效开采的基础理论图9综放采场支架－围岩整体力学模型与单元简图采场支架与围岩整体力学模型一、安全高效开采的基础理论综放采场支架与围岩关系研究由于采场内煤壁支撑影响角的存在以及回采工作面不断推进的事实，使得老顶的回转是绝对的，因而其回转变形成为给定变形。因此，在支架与围岩这一相互作用体系中，老顶的运动及作用是具有主导性的。由于老顶是坚硬的岩层，因而老顶可视为刚性体，而直接顶、顶煤、支架及底板则具有一定的刚度。一、安全高效开采的基础理论综放采场支

6、架与围岩关系研究支架与围岩系统的刚度模型可简化为图4-1所示。图4-1支架与围岩系统刚度模型一、安全高效开采的基础理论综放采场支架与围岩关系研究支架与围岩系统的刚度K则由系统内各组份直接顶、顶煤、支架和底板的刚度共同决定，可由下式表示若忽略底板的影响，在支架围岩系统中，主要是直接顶、顶煤和支架的相互作用。对于直接顶，当直接顶比较坚硬，其刚度和顶煤相比相差很大时，从与顶煤的变形程度相比较，可认为直接顶类似刚性体，此时，认为1/Kr=0；当直接顶较软，其刚度和顶煤相比相差不大时，可认为Kr=Kt，因此式（4-

7、1）可简化为一、安全高效开采的基础理论由式（4-2）可知，若顶煤松软破碎，刚度则，此时系统的刚度为零；若顶煤刚度，则系统的刚度由顶煤的刚度和支架的刚度共同决定。支架围岩系统的总体变形量和支架及顶煤的变形量具有关系式令则，与的关系曲线如图4-2所示。图4-2△Ss/△S与n的关系曲线一、安全高效开采的基础理论综放采场支架与围岩关系研究支架的变形在系统总体变形中所占的比重，取决于顶煤的刚度与支架刚度的相对大小。支架的刚度相对顶煤越小，则支架的变形量越大，反之亦然。在综采放顶煤条件下，由于控顶区范围顶煤的破碎，

8、其刚度难以呈类似刚性状态，因此，支架的工作状态更多的是呈“给定载荷”状态和由顶煤刚度和支架刚度决定的相互作用状态。此时，支架应有较高的初撑力，使支架具有足够的稳定性。一、安全高效开采的基础理论下位顶煤中位顶煤上位顶煤细砂岩下位直接顶成拱成拱图3中上位顶煤流动过程中成拱顶煤的破断块度是矿山压力与煤的自然条件综合作用的体现。块度理论框架包含了以顶煤块度为特征量的顶煤可放性评价与分类、煤矸的运移和流动场规律、煤矸的放落成拱机理和条件