传统的房柱式短壁开采方法以留煤柱支撑上覆顶板，存在着资源浪费量大的严重问题，因此研究不留煤柱的顶板全垮落法短壁连采技术对提高煤炭资源回收率、实现特殊条件下的边角煤安全高效开采具有重要的意义，此技术研究与应用在国内尚属首次。采用顶板全垮落法的短壁连采技术，需要对覆岩顶板的运动规律进行系统研究，分析顶板岩层结构以及对工作面矿压显现有明显影响的岩层运动规律，包括其极限运动步距以及极限悬顶面积。因此本文采用理论分析、实验室相似材料物理模拟、计算机数值模拟结合现场实测的方法对全垮落法短壁连采覆岩组合动态运动规律及关键技术进行了系统研究。
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目录
第1章 研究概述 1
1.1 研究背景 1
1.1.1 神东矿区短壁连采顶板控制发展阶段 1
1.1.2 全垮落法短壁连采需解决的主要问题 2
1.2 研究内容 3
1.3 研究方法与技术路线 3
第2章 榆家梁42209顶板全垮落法短壁连采顶板控制 5
2.1 监测目的和内容 5
2.1.1 监测目的 5
2.1.2 监测内容 5
2.1.3 监测人员与时间 7
2.2 试验区域概况和监测方案 8
2.2.1 现场试验条件 8
2.2.2 监测方案 10
2.2.3 监测工作统计 11
2.3 顶板运动及其控制实践 12
2.3.1 顶板运动规律 12
2.3.2 极限回采面积 31
2.3.3 回采方案优化 34
2.3.4 顶板控制技术 35
2.3.5 回采率分析 38
2.4 本章小结 38
第3章 短壁连采顶板运动与极限面积理论计算 40
3.1 神东矿区短壁连采采场覆岩分类 40
3.1.1 单一复合关键层结构——厚冲积层薄基岩 48
3.1.2 多层关键层结构——薄冲积层厚基岩 49
3.1.3 含有复合关键层的多层关键层结构——厚冲积层厚基岩 49
3.2 短壁连采采场的关键层判别 50
3.2.1 短壁连采采场的关键层位置判别 51
3.2.2 短壁采场单一组合关键层结构形成条件、判别以及载荷和极限面积 53
3.2.3 含有复合关键层的多层关键层判别 55
3.3 单一复合关键层(两关键层)结构顶板运动及控制 56
3.3.1 榆家梁矿42209短壁连采工作面概况 56
3.3.2 榆家梁矿42209短壁连采工作面上覆关键层结构 57
3.3.3 强放以后的顶板运动规律 60
3.3.4 单一复合关键层结构短壁连采顶板控制措施 61
3.4 薄表土层多关键层结构顶板运动及控制 61
3.4.1 上湾矿51203CL短壁连采概况 62
3.4.2 上湾矿51203CL短壁连采工作面上覆关键层结构 65
3.4.3 上湾强放后的顶板极限悬顶面积计算 66
3.4.4 薄表土层多层关键层结构短壁连采顶板控制措施 66
3.5 厚表土层多关键层结构顶板运动及控制 67
3.5.1 大柳塔煤矿12406-3切眼外侧旺采区概况 67
3.5.2 大柳塔煤矿12406-3切眼外侧旺采上覆关键层结构 68
3.5.3 厚表土层多层关键层结构短壁连采顶板控制措施 70
3.6 三角形、梯形短壁连采块段顶板极限悬顶面积计算 70
3.6.1 三角形顶板极限悬顶面积 72
3.6.2 梯形顶板极限悬顶面积计算 72
3.6.3 计算实例——榆家梁42213短壁连采块段 73
3.7 本章小结 81
第4章 短壁连采覆岩运动与应力分布数值模拟 82
4.1 数值仿真原理 82
4.1.1 FLAC3D程序计算方法 82
4.1.2 FLAC3D基本功能和特征 83
4.1.3 软件的优点 83
4.1.4 五种计算模式 84
4.1.5 多种结构形式 84
4.1.6 强大的前后处理功能 85
4.2 采场数值建模 85
4.2.1 弹性阶段 86
4.2.2 塑性阶段 86
4.3 模拟方案 87
4.3.1 模拟方案 87
4.3.2 主要研究内容 89
4.4 模拟结果分析 89
4.4.1 方案Ⅰ——切块后退式 89
4.4.2 方案Ⅱ——切块前进式 102
4.4.3 方案Ⅲ——支巷后退式 107
4.5 本章小结 117
第5章 短壁连采覆岩组合运移规律相似材料模拟研究 119
5.1 相似材料模拟实验目的 119
5.2 相似材料模拟实验原理 120
5.2.1 几何相似 120
5.2.2 容重及强度相似 120
5.2.3 初始动力状态相似 120
5.2.4 边界条件相似 121
5.2.5 时间相似常数 121
5.3 实验模型设计 121
5.3.1 相似参数的确定 121
5.3.2 相似材料配比 122
5.3.3 模型监测设计 123
5.3.4 模型制作 124
5.4 短壁连采覆岩组合运动规律与支承压力分布 125
5.4.1 工作面开挖初期阶段 126
5.4.2 直接顶初次冒落阶段 128
5.4.3 覆岩关键层组合初次断裂阶段 129
5.4.4 顶板周期来压阶段 131
5.4.5 综合结果分析 131
5.5 本章小结 132
第6章 通风与安全 133
6.1 通风风路畅通性 133
6.1.1 42209工作面通风概况 133
6.1.2 通风通道 133
6.2 现场实测研究 134
6.2.1 通风监测布置方案 134
6.2.2 监测结果分析 135
6.2.3 采空区自燃发火危险性分析 136
6.2.4 采空区温度变化 139
6.3 采空区瓦斯运移规律数值模拟 140
6.3.1 模拟软件ANSYS CFD/CFX 140
6.3.2 模拟结果分析 141
6.4 采硐通风安全分析 144
6.4.1 采硐内气体成分实测 144
6.4.2 硐口硐底风流流动 144
6.4.3 煤机司机位置 146
6.4.4 神东多年安全实践 147
6.5 本章小结 148
第7章 全垮落法短壁连采安全评价 149
7.1 顶板控制的安全性评价 149
7.1.1 评价因素及评分标准 149
7.1.2 42209工作面的各评价因素分值 152
7.1.3 顶板全垮落法短壁连采工作面顶板安全评价 153
7.1.4 顶板全垮落法短壁连采顶板条件分析 154
7.2 通风安全评价 154
7.2.1 评价原理 154
7.2.2 主要影响因素分析及评价函数建立 155
7.2.3 通风安全评价及适用条件 159
7.3 本章小结 159
第8章 主要研究结论 161
8.1 顶板控制方面 161
8.2 通风安全方面 162
主要参考文献 163
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