凤凰山矿坚硬顶板条件下综采工作面矿压显现规律研究

摘要

晋煤集团多数矿井主要开采山西组9＃、15＃煤层，属于典型的坚硬顶板条件下开采，面临着矿压规律差别大、支架选型困难、巷道变形严重等难题。本文以凤凰山矿 XV1304坚硬顶板条件下综采工作面生产为背景，对顶板结构及力学特性进行了探测，结合现场实测、理论计算、相似模拟、数值模拟方法对坚硬顶板采场矿压显现规律进行了研究，取得了以下成果：
　　（1）工作面 K2石灰岩属于典型的坚硬顶板岩层，可划分为第4类非常稳定顶板；根据顶板钻孔窥视和岩石力学测试，可将其分为下部厚约1.3m，中部厚约2.6m，上部厚约5.21m的三个分层考虑，各分层强度由下至上逐渐增大，岩层完整性也逐渐提高。
　　（2）工作面推进过程中，总厚度约为3.9m的下部顶板岩层垮落（1.3m厚的下部分层和2.6m厚的中部分层），表现出直接顶性质；厚度约为5.21m的上部分层缓慢弯曲下沉，且能在煤壁后方形成长约22m的弯曲拱梁平衡结构，对支架产生持续作用力；冒落带高度约为5.9m，其上裂隙带缺失，直接由冒落带过渡至弯曲下沉带。
　　（3）支架末阻力整体水平偏高，安全阀开启率高，末阻力曲线并未出现明显的周期来压增大现象，呈现出了一字分布形式；顶板条件及覆岩结构是造成支架阻力整体偏高的主要原因。
　　（4）缓慢弯曲下沉的基本顶岩层能在煤壁后方形成长约22m的弯曲拱梁结构，并随着工作面的推进而前移，对支架产生持续作用力，造成了支架阻力普遍偏高，呈现出了一字分布形式。
　　（5）对工作面支承压力分布、巷道变形、支架工作性能等进行了分析；对基本顶岩层的弯曲下沉值进行了计算，理论计算结果与现场实测基本保持一致；并对基本顶岩层的弯曲下沉过程、支架受力机理等进行了模拟分析，与现场实测和理论计算形成了对比印证。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及方法

1.4 技术路线

2 XV1304综采工作面矿压显现规律现场实测研究

2.1 XV1304综采工作面概况

2.2 XV1304综采工作面支架阻力监测与分析

2.3 工作面顶板运动过程监测分析

2.4 工作面支承压力分布情况观测与分析

2.5 工作面回采巷道变形观测与分析

2.6 本章小结

3 XV1304综采工作面顶板岩层结构及运动规律分析

3.1 工作面顶板结构探测

3.2 覆岩结构及运动特征分析

3.3 基本顶力学模型建立

3.4 基本顶弯曲下沉变形计算分析

3.5 本章小结

4 XV1304综采工作面矿压显现规律模拟研究

4.1 研究目的及内容

4.2 工作面覆岩运动规律的相似模拟分析研究

4.3 工作面矿压显现特征的数值模拟分析研究

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 不足及展望

参考文献

作者简历

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