大采高采场围岩控制理论及应用研究
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摘要
大采高开采技术是厚煤层开采工艺的重要发展方向之一。我国很多矿区赋存有6.0m以下厚煤层。如晋城、潞安、大同、阳泉、邢台、徐州、兖州、阜新以及神府、东胜煤田,在这种煤层条件下,大采高开采是首选的方法。大采高开采资源回收率高,煤炭质量好,能实现高产高效,经济效益好。但大采高开采有其适用的条件,我国多年的大采高实践表明,大采高工作面易发生煤壁片帮,端面冒顶,支架稳定性事故率高,这些因素影响到大采高工作面生产潜力的发挥,有很多工作面采用大采高技术没有取得好的效果。影响大采高发展的原因是多方面的,其中,围岩控制理论不能有效指导大采高生产实践是主要原因之一。目前尚缺系统的科学的围岩控制理论。现有的一些研究也是零散的,局部的,不能系统全面地解释大采高实践中出现的种种问题,也没有完整的一套围岩控制方案,对大采高适用条件的评价问题研究也不够深入。因此,大采高开采工艺的快速发展急需围岩控制理论给予指导。
     针对以上问题,本文以大采高覆岩结构及运动规律为中心,深入研究了大采高采场围岩控制的相关课题,主要包括8个方面的内容:①大采高采场的覆岩结构及运动规律;②支承压力分布规律;③大采高工作面矿压显现规律及特点;④支架载荷计算;⑤大采高采场支架围岩关系;
Greater mining height mining technique is one of the important development directions of the thick coal seam mining process. The thick coal seam exists in many mining areas in China, such as Jincheng, Luan, Datong, Yangquan, Xingtai, Xuzhou, Yunzhou, Fuxin, Shenfu and Dongsheng coal field. Under this coal seam condition, the greater mining height mining is the preferred method. The greater mining height mining is higher in resource recovery rate, better in coal quality, high in output and efficiency and good economic benefit. The many-year greater mining height practice in China shows that side fall and roof flaking are easier to occur in coal face of greater mining height, and the accident rate of support stability is higher, these factors affect the exertion of the production potential of coal face of greater mining height, and no good effects are obtained by applying greater mining height technique in many coal face. There are a lot of reasons to affect the development of the greater mining height, in which failure of surrounding control theory to guide the production is one of main reasons. At present, there is no systematic and scientific surrounding control theory. Some current researches are scattered and partial, which can not explain the problems occurred in the greater mining height practices, moreover, there is one complete surrounding rock control program, and the evaluation research on the application condition of greater mining height is not deepened. So, rapid
引文
[1] 陈炎光,徐永圻.中国采煤方法[M].徐州:中国矿业大学出版社,2001
    [2] 何富连,钱鸣高,刘长友.高产高效工作面支架-围岩保障系统[M].徐州:中国矿业大学出版社,1997:62~124
    [3] 赵宏珠.大采高支架的使用及参数研究[J].煤炭学报,1991,16(1):32~38
    [4] 何富连,钱鸣高,刘学锋等.大采高液压支架倾倒特征与控制条件[J].中国矿业大学学报,1997,26(4):20~24
    [5] 黄庆享.浅埋煤层长壁开采顶板结构及岩层控制研究[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000,28~33
    [6] Ю.B.格罗莫夫,Ю.H.贝奇科夫著,赵宏珠等译.缓倾斜厚煤层开采矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1990:73~81
    [7] 陈炎光,钱鸣高主编.中国煤矿采场围岩控制.徐州:中国矿业大学出版社,1994:272~278
    [8] 郝海金.长壁大采高上覆岩层结构及采场支护参数的研究[博士论文].中国矿业大学,2004
    [9] 钱鸣高,李鸿昌.采场上覆岩层活动规律及其对矿山压力的影响[J].煤炭学报,1982(2):1~12
    [10] 钱鸣高,刘听成主编.矿山压力及其控制(修订本).北京:煤炭工业出版社,1992
    [11] 钱鸣高,何富连,王作棠等.再论采场矿山压力理论[J].中国矿业大学学报,1994,23(3):1~9
    [12] 缪协兴,钱鸣高.采场围岩整体结构与砌体梁力学模型[J].矿山压力与顶板管理,1995(3):3~9
    [13] Qian Minggao. A study of the behaviour of overlying strata in longwall mining and its application to strata control[M]. Strata Mechanics, Elsevier Scientific Publishing Company, 1982: 13~17[14] Qian M G, He F L. The behaviour of the main roof in longwall minging: Weighting Span, fracture and disturbance[J]. J of Mine, Metals & Fuels, 1989: 240~246
    [15] Qian M G, He F L, Zhu D R. Monitoring indices for the support and surrounding strata on a longwall face[C]. The llth International Conference on Ground Control in Mining, The University of Wollongong, 1992: 25~262
    [16] 钱鸣高,缪协兴,何富连.采场“砌体梁”结构的关键块分析[J].煤炭学报,1994,19(6):557~563
    [17] Qian M G, He F L, Miao X X. The system of strata control around longwall face in China[J]. In: Guo Yuguang, Tad S Golosinski, eds. Mining Science and Technology. Rotterdam: A A Balkema, 1996: 15~18
    [18] 钱鸣高,缪协兴.采场上覆岩层结构的形态与受力分析[J].岩石力学与工程学报,1995,14(2):97~106
    [19] 宋振骐.实用矿山压力控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,1988
    [20] 宋扬,宋振骐.采场支承压力显现规律与上覆岩层的运动关系[J].煤炭学报,1984(1):47~55
    [21] 宋振骐,陈立良,王春秋等.综采放顶煤安全开采条件的认识[J].煤炭学报,1995,20(4):356~360
    [22] 靳钟铭,徐林生.煤矿坚硬顶板控制[M].北京:煤炭工业出版社,1994
    [23] 石平五.试论一些矿压问题的能量原理.第二届煤矿采场矿压理论与实践讨论会征文选编.徐州:煤炭工业部矿山压力科技情报中心站,1984
    [24] 贾喜荣.矿山岩层力学[M].北京:煤炭工业出版社,1997
    [25] 吴健,张勇.综放采场支架-围岩关系的新概念[J].煤炭学报,2001,26(4):350~355
    [26] 陆明心,郝海金,吴健.综放开采上位岩层的平衡结构及其对采场矿压显现的影响[J].煤炭学报,2002,27(6):591~595
    [27] 靳钟铭.放顶煤开采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001[28] 张顶立,钱鸣高.综放工作面围岩结构分析[J].岩石力学与工程学报,1997,16(4)320~326
    [29] 宋选民.综放采场顶煤冒放性研究及其结构[博士论文].中国矿业大学,1997
    [30] 钱鸣高,缪协兴,许家林.岩层控制中的关键层理论研究[J].煤炭学报,1996,21(3):226~230
    [31] 钱鸣高,茅献彪,缪协兴.采场覆岩中关键层上载荷的变化规律[J].煤炭学报,1998,23(2):135~139
    [32] 茅献彪,缪协兴,钱鸣高.采动覆岩中关键层的破断规律研究[J].中国矿业大学学报,1998,27(1):39~42
    [33] 许家林,钱鸣高.关键层运动对覆岩及地表移动影响的研究[J].煤炭学报,2000,25(2):122~126
    [34] 侯忠杰.浅埋煤层关键层研究[J].煤炭学报,1999,24(4):359~363
    [35] 侯忠杰.地表厚松散层浅埋煤层组合关键层的稳定性分析[J].煤炭学报,2000,25(2):127~131
    [36] 侯忠杰.组合关键层理论的应用研究及其参数确定[J].煤炭学报,2001,26(6):611~615
    [37] 侯忠杰.断裂带老顶的判别准则及在浅埋煤层中的应用[J].煤炭学报,2003,28(1):8~12
    [38] 煤炭科学研究院北京开采研究所.煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用[M].北京:煤炭工业出版社,1981
    [39] 赵经彻,陶廷云,刘先贵,等.关于综放开采的岩层运动和矿山压力控制问题[J].岩石力学与工程学报,1997,16(2):132~139
    [40] 康永华.采煤方法变革对导水裂缝带发育规律的影响[J].煤炭学报,1996,21(3):225~230
    [41] 弓培林,靳钟铭.大采高采场覆岩结构特征及运动规律研究[J].煤炭学报,2004,29(1):7~11
    [42] 侯忠杰.老项断裂岩块回转端角接触面尺寸[J].矿山压力与项板管理,1999(3~4):29~31[43] 李世平.岩石力学简明教程.徐州:中国矿业大学出版社,1986
    [44] 宋扬,吴士良,姜福兴,等.放顶煤开采覆岩结构运动特征及应力场分布研究.国家自然科学基金重点项目研究报告.山东泰安:1997
    [45] 吴士良.对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律[博士论文].山东科技大学,2002
    [46] 高延法.岩移“四带”模型与动态位移分析[J].煤炭学报,1996,21(1):51~55
    [47] 丁安民,康全玉.采场上覆岩层移动参数的试验研究[J].湘潭矿业学院学报,1998,13(2):6~10
    [48] 邓喀中,马伟民,郭广礼,等.岩体界面效应的物理模拟[J].中国矿业大学学报,1995,24(4):80~84
    [49] 郭广礼,邓喀中,张连贵,等.综采放顶煤地表移动规律特殊性[J].中国矿业大学学报,1999,28(4):375~378
    [50] 王金庄,张世明.采动过程中地表移动变形规律[J].中国矿业学院学报,1988,17(3):26~32
    [51] 姜德义,蒋再文,刘新荣,等.覆岩离层注浆控制沉降技术及计算模型[J].重庆大学学报,2000,23(3):54~57
    [52] 李新强,高延法,张庆松.开采沉陷动态数值仿真研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(1):86~90
    [53] 汤建泉,孙晓明.覆岩组合运动规律的研究[J].山东矿业学院学报,1995,14(4):365~370
    [54] 马庆云,汤建泉.覆岩运动与破坏过程的问题探讨[J].矿山压力与顶板管理,2000(2):32~34
    [55] 刘开云,乔青生,滕文彦.上覆岩层组合运动的力学解析特征研究[J].工程地质学报,2003,11(4):372~377
    [56] 苏仲杰,于广明,杨伦.覆岩离层变形力学模型及应用[J].岩土工程学报,2002,24(6):778~781
    [57] 苏仲杰.采动覆岩离层变形机理研究[博士论文].阜新:辽宁工程技术大学,??2001
    [58] 谢兴华.采动覆岩动态移动规律数值模拟及离层量计算方法研究[博士论文].山东科技大学,2001
    [59] 马其华,姜福兴,成云海.采动初期覆岩结构演化与分析[J].矿山压力与顶板管理,2004(2):13~14
    [60] 许家林,钱鸣高.关键层运动对覆岩及地表移动影响的研究[J].煤炭学报,2000,25(2):122~126
    [61] 杨伦.对采动覆岩离层充填减沉技术的再认识[J].煤炭学报,2003,27(4):352~356
    [62] 张玉卓,徐乃忠.地表沉陷控制新技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998
    [63] 李树刚,石平五,钱鸣高.覆岩采动裂隙椭抛带动态分布特征研究[J].矿山压力与顶板管理,1999(3~4):44~46
    [64] 赵德深.煤矿区采动覆岩离层分布规律与地表沉陷控制研究[博士论文].辽宁工程技术大学,2000
    [65] 郝延锦,吴立新,沙从术.放顶煤开采条件下覆岩移动规律试验研究[J].矿山测量,1999(4):6~8
    [66] Wang Y H, Deng K Z, Zhang D L etal. Dynamic mechnics model of mining subsidence[A]. In: Guo Yuguang, Tads Golosinshi, eds Mining science and Technology[C]. Rotterdam: A A Balkema, 1999, 291~294
    [67] 吴洪词,张小彬,包太,等.采动覆岩活动规律的非连续变形分析动态模拟[J].煤炭学报,2001,26(5):486~491
    [68] Zhao Deshen, Sui Huiquan. Research on match between pressure and delivery of a pump in the technology of seperated strata[J]. Journal of Coal science and technology, 1997, (2): 57~61
    [69] 张建全,闫宝金,廖国华.采动覆岩移动规律的相似模拟实验研究[J].金属矿山,2002,(8):10~12
    [70] 张向东,范学理,赵德深.覆岩运动的时空过程[J].岩石力学与工程学报,2002,21(1):56~59[71] 吴立新,王金庄.连续大面积开采托板控制岩层变形模式的研究[J].煤炭学报,1994,19(3):233~241
    [72] C. Fairhust, 1997, Geomaterials and recent development in micro-mechanical numerical models, News Journul, Vol. 4, No. 2: 11~14
    [73] Peng. s.s. Surface Subsidence Engineering. Society for Mining Metallurgy and Exploration Inc., 1992
    [74] 史元伟.采煤工作面围岩控制原理和技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003
    [75] 姜福兴,马其华.深部长壁工作面动态支承压力极值点的求解[J].煤炭学报,2002,27(3):273~275
    [76] 钱鸣高,廖协兴,何富连,等.采场支架与围岩耦合作用机理研究[J].煤炭学报,1996,21(1):41~44
    [77] 谢和平.岩石混凝土损伤力学.徐州:中国矿业大学出版社,1990
    [78] 凌建明,孙钧.脆性岩石的细观裂纹损伤及其时效特征[J].岩石力学与工程学报,1993,12(4):304~312
    [79] 靳钟铭,弓培林,靳文学.煤体压裂特性研究.岩石力学与工程学报,2002,21(1):70~72
    [80] GaoFeng, Xie Heping. Statistically fractal strength theory for brittle materials. Acta Mechanica solide sinica, 1996, 9(1): 42~51
    [81] 杨友卿.岩石强度的损伤力学分析[J].岩石力学与工程学报,1999,18(1):23~27
    [82] 郝海金,吴健,张勇,等.大采高开采上位岩层平衡结构及其对采场矿压显现的影响[J].煤炭学报,2004,29(2):137~141
    [83] 刘长友,钱鸣高,曹胜根,等.采场直接顶对支架围岩关系的影响机制[J].煤炭学报,1997,22(5):471~475
    [84] 高峰,钱鸣高,缪协兴.采场支架工作阻力与顶板下沉量类双曲线关系的探讨[J].岩石力学与工程学报,1999,18(6):658~662[85] 安欧.构造应力场.北京:地震出版设,1992
    [86] 李先炜.岩体力学性质.北京:煤炭工业出版社,1990
    [87] 吴健,张勇,富强,等.综采放顶煤岩层控制基础理论,国家自然科学基金研究报告.2002
    [88] 史元伟.回采工作面顶承力原理和岩层控制[J].煤炭科学技术,1997(2):44~48
    [89] 弓培林,靳钟铭,郝海金.综采采场超大空间结构稳定性控制及工艺参数优化[J].岩石力学与工程学报,2002,21(增):1982~1985
    [90] 王国法,翟桂武,徐旭升,等.JOY8670—2.4/5.0型支架稳定性分析[J].煤炭科学技术,2001,29(5):50~53
    [91] Gong Peilin, Jin Zhongming, Hao Haijin, etc. Research on stability test for fully mechanized mining support with large mining height[C]. Proceedings of the second international symposium on mining technology, 2001, 246~251
    [92] 弓培林,靳钟铭.影响大采高综采支架稳定性的试验研究[J].太原理工大学学报,2001,32(6):666~669
    [93] 贺兴元,江杰.回采工作面木锚杆防片帮技术[J].煤矿开采,2001(1):72~73
    [94] 何希林.翟镇煤矿二层煤工作面矿压显现分析与煤壁片帮防治措施[J].山东煤炭科技,2000(增):3~4
    [95] 徐林生,杨彦峰.煤岩体化学加固技术研究[J].矿山压力与顶板管理,1996(4):15~17
    [96] 路建军,苏毅,崔建井.综采松软煤壁聚氨脂加固技术[J].煤矿开采,2002,7(4):69~74
    [97] 徐金海,张顶立,李正龙,等.综放工作面破碎顶板冒落特点及控制技术[J].煤,8(2):30~32
    [98] 李建国,田取珍,杨双锁.河滩沟煤矿综放面煤壁片帮机理及其控制[J].煤炭科学技术,2003,31(12):73~74[99] 郝洪海,于明献,姚治彬,等.煤壁浅孔注水控制“三软”煤层煤壁片帮[J].矿山压力与顶板管理,2003(3):34~35
    [100] 赵宏珠.大采高支架采面煤壁片帮规律及防护[J].矿山压力,1989(2):15~20
    [101] 吴士良.三软煤层大采高综采围岩控制技术[J].焦作工学院学报,1995,18(3):185~188
    [102] K. F. Unrug, S. Nandy and E. Thompon. Evaluation of the Coal Strength for Pillar Caculation. Trans. SME AIME, Vol. 280, 1986, 2071~2075
    [103] J. M. Townsend, W. C. Jenning etal. A relationship between the ultimate compressive strength of cubes an cylinders for coal speciments. Proc. 18th sym. For Rock Mech., Keystone, CO, 1977. 4A6-1-4A6-6
    [104] 吴立新.煤岩强度机制及矿压红外探测基础实验研究[博士论文].中国矿业大学,1997
    [105] W. A. Hustrulid. A Review of Coal Pillar Strength Formulas. Rock Mechanics, Vol. 8, 1976, (2): 115~145
    [106] Z. T. Bieniawski. Improved Design of Room-And-Pillar Coal Mines for US Conditions. Stability in Underground Coal Mining-Proc. of 1st Inter. Conf. on Mining Eng., SME-AIME, N. Y. 1982, 19~50
    [107] C. Mark, T. M. Barton. A New Look at the Uniaxial Compressive Strength of Coal Rock Mechanics, Balkema 1996, 405~412
    [108] 赵阳升.矿山岩石流体力学[M].北京:煤炭工业出版社,1994
    [109] 采矿工程设计手册[M].北京:煤炭工业出版社,2001
    [110] 张春雷,李太任,熊琦华.煤岩结构与煤体裂隙分布特征的研究[J].煤田地质与勘探,2000,28(5):26~30
    [111] 钟玲文.煤内生裂隙的成因[J].中国煤田地质,2004,16(3):6~9
    [112] 赵理中,翟建山.对煤层断裂破坏的预测[J].山西矿业学院学报,1992,10(4):282~286
    [113] 宋选民.潞安矿区构造裂隙分布特征的实测分析[J].矿山压力与顶板管理,??2002(3): 101~106
    [114] 宋选民.放项煤开采顶煤裂隙分布与块度的相关研究[J].煤炭学报,1998,23(2):150~154
    [115] 王生维,张明.东胜煤田补连塔矿煤物理力学特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,1996,15(4):390~394
    [116] 弓培林,靳钟铭,魏锦平.放顶煤开采煤体裂隙演化规律实验研究[J].太原理工大学学报,1999,30(2):119~123
    [117] 靳钟铭,弓培林,魏锦平.数值分析法对顶煤压裂损伤参数的研究[J].太原理工大学学报,2001,32(4):327~330
    [118] 魏锦平.综放面顶煤压裂规律及成拱机理研究[博士论文].太原理工大学,2004
    [119] 康天合,曲民强.断续岩体力学引论[M].北京:地震出版社,1998
    [120] 张顶立,王悦汉,曲天智.夹层对层状岩体稳定性的分析[J].岩石力学与工程学报,2000,19(2):140~144
    [121] 郭嗣琮.模糊数学方法及应用[M].阜新矿业学院印刷.1985
    [122] 姜福兴.采场支架冲击载荷的动力学分析[J].煤炭学报,1994,19(6):649~658

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