發(fā)布時間：2018-05-02 20:21

  本文選題：殘煤資源 + 殘煤復采�。� 參考：《太原理工大學》2017年博士論文

【摘要】：我國以煤為主的能源結構長期不變,而煤炭可采儲量將難以滿足未來的能源需求。歷史原因導致的低回采率產(chǎn)生了巨大殘煤資源量,僅山西省殘煤儲量就達數(shù)百億噸,且多為優(yōu)質煤炭資源。而我國煤炭的儲采比卻僅為35左右。因此,殘煤復采是深挖現(xiàn)有儲量開發(fā)潛力,保證國家能源供給的重要發(fā)展方向,也是一個十分復雜的技術問題。本文圍繞殘煤資源及下垮落式復合殘采區(qū)開采巖層控制問題進行了研究,即殘煤資源及復合殘采區(qū)概念、復合殘采區(qū)底板結構穩(wěn)定性、開采可行性定量判定方法、復合殘采區(qū)巖層移動下沉規(guī)律及預測、覆巖破壞及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。得到主要結論如下:本文進行了大量調研以及殘煤開采礦井踏勘。詳細剖析了不同地區(qū)殘煤資源量、分布及特征,對殘煤開采礦井進行統(tǒng)計,并基于統(tǒng)計結果對殘煤進行了歸類,總結提出了復合殘采區(qū)概念。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),我國歷史煤炭平均回采率34.5%。通過提出的殘煤儲量公式估算可知,全國殘煤基礎儲量1286.1億噸,可采儲量達403億噸,會增加我國煤炭30.1%的儲采比。進一步的研究發(fā)現(xiàn),初次回采率小于20%的優(yōu)質殘煤可采儲量達271.6億噸,占全部殘煤可采儲量的67.4%,具有很高的開采價值。東部省份煤炭儲采比平均增加95.9%,中西部增加51%。另外,東部產(chǎn)煤省殘煤開采礦井占全部殘煤開采礦井的65.82%。這些都表明殘煤的開采對于保有儲量匱乏的東部省份的煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。通過對下垮落式復合殘采區(qū)中部整層棄煤開采底板巖層結構的研究,發(fā)現(xiàn)下垮落式復合殘采區(qū)底板分為應力集中區(qū)、底板結構影響區(qū)、穩(wěn)定區(qū)。殘采工作面經(jīng)過底板結構影響區(qū)時,容易發(fā)生底板失穩(wěn)。根據(jù)下垮落式復合殘采區(qū)底板巖層結構處于靜態(tài)、以擾動載荷為失穩(wěn)誘因、受采空區(qū)環(huán)境影響的特點,建立了針對不同巖層層序的下垮落式復合殘采區(qū)底板巖層“擾動砌體梁”模型和“擾動塊體梁半拱”模型。通過對模型的求解和穩(wěn)定性分析,揭示了其回轉變形失穩(wěn)和滑落失穩(wěn)的機理,認為在巖層結構強度、塊度一致的情況下,擾動載荷系數(shù)和擾動載荷分布系數(shù)達到相應的臨界值時,底板巖層結構發(fā)生失穩(wěn)。兩種模型分別適應于巖層結構塊度小于0.5的堅硬巖層和塊度可以大于0.5的裂隙發(fā)育的厚硬巖層。此外,在下垮落式復合殘采區(qū)底板巖層結構擾動模型穩(wěn)定性分析的基礎上,提出了以“底板巖層結構穩(wěn)定性”為核心的下垮落式復合殘采區(qū)開采可行性定量判定方法。通過對下垮落式復合殘采區(qū)巖層移動下沉規(guī)律分析及預測模型的系統(tǒng)研究,建立了多參數(shù)長壁采空區(qū)下沉系數(shù)分布模型,通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)驗證了模型的正確性和準確性,并深入探討了地表下沉系數(shù)、最大垂直膨脹量、埋深、采高與巖層下沉系數(shù)的定量關系。定義無量綱參數(shù)(1-q0)/ε0為巖層膨脹變形系數(shù),其決定上覆巖層的變形特征。巖層膨脹變形系數(shù)存在最大值,其范圍為2.84~3.40,平均為3.09。在此基礎上,建立了上下垮落式復合殘采區(qū)巖層移動下沉模型。分析刀柱采空區(qū)及刀柱煤柱的影響,建立了刀柱采空區(qū)及刀柱煤柱頂?shù)装鍘r層的移動下沉模型。在上述研究基礎上,建立了重復采動條件下反映采動巖層性質變化的下垮落式復合殘采區(qū)巖層下沉曲線預測模型并進行了實測驗證。通過下垮落式復合殘采區(qū)中部整層棄煤覆巖垮落及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律的相似模擬實驗和數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)下垮落式復合殘采區(qū)形成過程中,殘煤及其附近巖層裂隙增加,整體性減弱,力學特性降低。下垮落復合殘采區(qū)內側邊緣和柱采區(qū)為應力降低區(qū),煤柱以及采空區(qū)中部為應力增高區(qū)。殘煤底板受到上部煤層開采擾動影響,底板巖層結構會發(fā)生一定的下沉和旋轉。保證底板巖層結構穩(wěn)定性是下垮落式復合殘采區(qū)殘煤安全回采的關鍵。下垮落式復合殘采區(qū)開采會使其覆巖下沉形成陡升緩降的趨勢,與垂直方向上巖層下沉規(guī)律一致。上述研究為后續(xù)下垮落式復合殘采區(qū)開采巖層控制相關技術措施的制定提供重要參考。以白家莊煤礦的復合殘采區(qū)中部整層棄煤7號煤層為研究對象,進行了開采可行性判定,并根據(jù)實測和相似模擬實驗結果,采用MATLAB編寫程序,繪制了巖層下沉曲線。采用物探和鉆探方法探測了復合殘采區(qū)地質情況,老空區(qū)不富含水且7號棄煤底板巖層結構穩(wěn)定。此外,確定了7號棄煤開采工作面支護阻力和“三機”配套,并提出了安全開采的相關技術建議。
[Abstract]:The main conclusions are as follows : The coal reserves in the eastern provinces are estimated to be up to several hundred million tons , which accounts for 67.4 % of the recoverable reserves of the coal mining area . Based on the above research , the authors have established a model for predicting the subsidence of rock stratum under the condition of mining under repeated mining conditions .

【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD325;TD821

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本文編號：1835341