發(fā)布時(shí)間：2018-05-02 20:21

  本文選題：殘煤資源 + 殘煤復(fù)采��； 參考：《太原理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)長期不變,而煤炭可采儲(chǔ)量將難以滿足未來的能源需求。歷史原因?qū)е碌牡突夭陕十a(chǎn)生了巨大殘煤資源量,僅山西省殘煤儲(chǔ)量就達(dá)數(shù)百億噸,且多為優(yōu)質(zhì)煤炭資源。而我國煤炭的儲(chǔ)采比卻僅為35左右。因此,殘煤復(fù)采是深挖現(xiàn)有儲(chǔ)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(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)問題。本文圍繞殘煤資源及下垮落式復(fù)合殘采區(qū)開采巖層控制問題進(jìn)行了研究,即殘煤資源及復(fù)合殘采區(qū)概念、復(fù)合殘采區(qū)底板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、開采可行性定量判定方法、復(fù)合殘采區(qū)巖層移動(dòng)下沉規(guī)律及預(yù)測、覆巖破壞及礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。得到主要結(jié)論如下:本文進(jìn)行了大量調(diào)研以及殘煤開采礦井踏勘。詳細(xì)剖析了不同地區(qū)殘煤資源量、分布及特征,對(duì)殘煤開采礦井進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并基于統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)殘煤進(jìn)行了歸類,總結(jié)提出了復(fù)合殘采區(qū)概念。統(tǒng)計(jì)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(chǔ)量公式估算可知,全國殘煤基礎(chǔ)儲(chǔ)量1286.1億噸,可采儲(chǔ)量達(dá)403億噸,會(huì)增加我國煤炭30.1%的儲(chǔ)采比。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),初次回采率小于20%的優(yōu)質(zhì)殘煤可采儲(chǔ)量達(dá)271.6億噸,占全部殘煤可采儲(chǔ)量的67.4%,具有很高的開采價(jià)值。東部省份煤炭儲(chǔ)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(duì)于保有儲(chǔ)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(duì)下垮落式復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤開采底板巖層結(jié)構(gòu)的研究,發(fā)現(xiàn)下垮落式復(fù)合殘采區(qū)底板分為應(yīng)力集中區(qū)、底板結(jié)構(gòu)影響區(qū)、穩(wěn)定區(qū)。殘采工作面經(jīng)過底板結(jié)構(gòu)影響區(qū)時(shí),容易發(fā)生底板失穩(wěn)。根據(jù)下垮落式復(fù)合殘采區(qū)底板巖層結(jié)構(gòu)處于靜態(tài)、以擾動(dòng)載荷為失穩(wěn)誘因、受采空區(qū)環(huán)境影響的特點(diǎn),建立了針對(duì)不同巖層層序的下垮落式復(fù)合殘采區(qū)底板巖層“擾動(dòng)砌體梁”模型和“擾動(dòng)塊體梁半拱”模型。通過對(duì)模型的求解和穩(wěn)定性分析,揭示了其回轉(zhuǎn)變形失穩(wěn)和滑落失穩(wěn)的機(jī)理,認(rèn)為在巖層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、塊度一致的情況下,擾動(dòng)載荷系數(shù)和擾動(dòng)載荷分布系數(shù)達(dá)到相應(yīng)的臨界值時(shí),底板巖層結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)。兩種模型分別適應(yīng)于巖層結(jié)構(gòu)塊度小于0.5的堅(jiān)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(fù)合殘采區(qū)底板巖層結(jié)構(gòu)擾動(dòng)模型穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上,提出了以“底板巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性”為核心的下垮落式復(fù)合殘采區(qū)開采可行性定量判定方法。通過對(duì)下垮落式復(fù)合殘采區(qū)巖層移動(dòng)下沉規(guī)律分析及預(yù)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(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的正確性和準(zhǔn)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(guān)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(chǔ)上,建立了上下垮落式復(fù)合殘采區(qū)巖層移動(dòng)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(dòng)下沉模型。在上述研究基礎(chǔ)上,建立了重復(fù)采動(dòng)條件下反映采動(dòng)巖層性質(zhì)變化的下垮落式復(fù)合殘采區(qū)巖層下沉曲線預(yù)測模型并進(jìn)行了實(shí)測驗(yàn)證。通過下垮落式復(fù)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(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)下垮落式復(fù)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(xué)特性降低。下垮落復(fù)合殘采區(qū)內(nèi)側(cè)邊緣和柱采區(qū)為應(yīng)力降低區(qū),煤柱以及采空區(qū)中部為應(yīng)力增高區(qū)。殘煤底板受到上部煤層開采擾動(dòng)影響,底板巖層結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定的下沉和旋轉(zhuǎn)。保證底板巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是下垮落式復(fù)合殘采區(qū)殘煤安全回采的關(guān)鍵。下垮落式復(fù)合殘采區(qū)開采會(huì)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(fù)合殘采區(qū)開采巖層控制相關(guān)技術(shù)措施的制定提供重要參考。以白家莊煤礦的復(fù)合殘采區(qū)中部整層棄煤7號(hào)煤層為研究對(duì)象,進(jìn)行了開采可行性判定,并根據(jù)實(shí)測和相似模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fù)合殘采區(qū)地質(zhì)情況,老空區(qū)不富含水且7號(hào)棄煤底板巖層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外,確定了7號(hào)棄煤開采工作面支護(hù)阻力和“三機(jī)”配套,并提出了安全開采的相關(guān)技術(shù)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(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD325;TD821

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本文編號(hào)：1835341