堅硬頂板巖層控制

目錄
《巖石力學與工程研究著作叢書》序
《巖石力學與工程研究著作叢書》編者的話
前言
第1章 緒論 1
1.1 煤礦開采的頂板問題 1
1.2 堅硬頂板煤層開采特征 3
1.3 巖層控制理論研究現(xiàn)狀 6
1.3.1 大空間采場礦壓研究現(xiàn)狀 6
1.3.2 采場覆巖結(jié)構(gòu)演化研究現(xiàn)狀 7
1.3.3 采場頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀 12
1.3.4 堅硬頂板控制理論與技術(shù)研究現(xiàn)狀 13
1.4 大空間采場堅硬頂板巖層控制研究思路 14
1.4.1 大空間采場及遠近場概念 14
1.4.2 研究思路 16
參考文獻 18
第2章 大同礦區(qū)堅硬頂板特厚煤層開采條件 22
2.1 特厚煤層開采特征 22
2.2 特厚煤層上覆侏羅系煤層開采現(xiàn)狀 23
2.2.1 大同礦區(qū)開發(fā)歷史 23
2.2.2 侏羅系煤層賦存條件 24
2.2.3 侏羅系煤層開采特征 24
2.3 石炭系堅硬頂板特厚煤層賦存條件 27
2.3.1 地質(zhì)條件 27
2.3.2 煤層賦存條件 29
2.3.3 頂?shù)装鍘r性 32
2.3.4 瓦斯、煤塵和煤的白燃特征 32
2.4 石炭系煤巖物理力學特往 34
2.4.1 實驗室煤巖物理力學參數(shù)測試方法與結(jié)果 34
2.4.2 煤巖比表面積測試 37
2.4.3 煤巖XRD測試 40
2.4.4 煤巖全元素測試 42
2.5 石炭系特厚煤層主要開采礦井概況 44
2.5.1 同忻煤礦概況 44
2.5.2 塔山煤礦概況 46
參考文獻 47
第3章 大同礦區(qū)石炭系堅硬頂板特厚煤層開采技術(shù) 49
3.1 堅硬頂板特厚煤層采煤方法選擇 49
3.2 方法與回采.工藝 50
3.2.1 工作面巷道布置與參數(shù) 50
3.2.2 回采工藝參數(shù) 51
3.2.3 勞動組織與技術(shù)經(jīng)濟指標 53
3.3 工作面開采裝備選型 56
3.3.1 工作面開采裝備選型研究 56
3.3.2 采煤機選型 56
3.3.3 工作面前、后刮板輸送機選型 57
3.3.4 液壓支架選型 59
3.4 工作面安全高效開采技術(shù) 62
3.4.1 大采高綜放工作面頂板管理技術(shù) 62
3.4.2 工作面過火成巖墻安全技術(shù) 63
3.4.3 提高頂煤回收率技術(shù) 64
參考文獻 67
第4章 區(qū)域地質(zhì)動力環(huán)境評估 69
4.1 大同礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征分析 69
4.1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景 69
4.1.2 構(gòu)造演化對含煤盆地的影響 71
4.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運動特征分析 72
4.2.1 華北地區(qū)及邊界的相對運動 72
4.2.2 大同地區(qū)新構(gòu)造運動 74
4.3 區(qū)域應力特征分析 75
4.3.1 區(qū)域構(gòu)造應力場特征 75
4.3.2 大同礦區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應力場特征 77
4.3.3 大同礦區(qū)地應力測量 78
4.4 大同礦區(qū)典型礦井巖體應力狀態(tài)分析 83
4.4.1 同忻煤礦巖體應力狀態(tài)分析 83
4.4.2 忻州窯煤礦巖體應力狀態(tài)分析 86
4.5 大同礦區(qū)典型礦井地質(zhì)動力環(huán)境評估 92
4.5.1 礦井地質(zhì)動力環(huán)境分析 92
4.5.2 同忻煤礦地質(zhì)動力環(huán)境評估 93
4.5.3 忻州窯煤礦地質(zhì)動力環(huán)境評估 97
4.6 地質(zhì)條件對礦井動力災害的控制作用 101
參考文獻 102
第5章 堅硬頂板分類方法研究 104
5.1 國內(nèi)外頂板分類方法概述 104
5.2 顯現(xiàn)強度與影響因素定量關(guān)系數(shù)值模擬研究 107
5.2.1 數(shù)值計算模型的建立 107
5.2.2 不同煤巖屬性的礦壓顯現(xiàn)特征 108
5.3 堅硬頂板分類指標的確定 111
5.4 基于層次分析和模糊綜合評判的堅硬頂板分類研究 112
5.4.1 層次分析法和模糊綜合評判的數(shù)學原理 112
5.4.2 堅硬頂板的模糊綜合分類方法 113
參考文獻 115
第6章 大空間采場堅硬頂板運動與力學特征 118
6.1 堅硬頂板特厚煤層工作面關(guān)鍵層判定及破斷特征 118
6.1.1 覆巖關(guān)鍵層判定理論 118
6.1.2 同忻煤礦3 5 3煤層覆巖關(guān)鍵層判定結(jié)果 120
6.1.3 同忻煤礦3 5 4煤層覆巖關(guān)鍵層破斷分析 124
6.2 堅硬頂板特厚煤層采場結(jié)構(gòu)模型 133
6.2.1 多層堅硬頂板覆巖大結(jié)構(gòu)形成機理 133
6.2.2 多層堅硬頂板覆巖大結(jié)構(gòu)形成過程 135
6.3 大空間采場堅硬頂板運動特征的相似模擬研究 136
6.3.1 相似材料模擬試驗內(nèi)容 136
6.3.2 相似材料模擬試驗及觀測系統(tǒng) 137
6.3.3 相似材料模擬試驗模型設(shè)計與制作 139
6.3.4 相似材料模擬試驗過程及結(jié)果分析 142
6.4 大空間采場堅硬頂板結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)場探測 154
6.4.1 特厚煤層綜放采場覆巖運動特征的鉆孔電視探測 154
6.4.2 工作面覆巖結(jié)構(gòu)EH4物理探測 161
6.4.3 基于微地震監(jiān)測技術(shù)的特厚煤層綜放面圍巖運動規(guī)律研究 165
6.5 大空間采場堅硬頂板大結(jié)構(gòu)力學特征 190
6.5.1 堅硬頂板大結(jié)構(gòu)力學模型 190
6.5.2 柱殼結(jié)構(gòu)模型和力學模型研究 192
6.5.3 柱殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 193
6.5.4 應用實例 194
參考文獻 195
第7章 巖層破裂演化實測方法與技術(shù) 198
7.1 概述 198
7.2 鉆孔沖洗液法與應用 199
7.2.1 方法原理 199
7.2.2 工程應用實例 200
7.3 孔間電磁波CT測試巖體破裂演化原理與應用 204
7.3.1 電磁波CT技術(shù) 204
7.3.2 鉆孔電磁波CT技術(shù)的原理和方法 205
7.3.3 井間電磁波CT探測的巖溶特征工程應用 206
7.4 覆巖破斷微震監(jiān)測技術(shù) 209
7.4.1 微震監(jiān)測技術(shù) 209
7.4.2 由采礦活動導致微震的力學機理及分類 210
7.4.3 煤柱兩側(cè)覆巖空間破裂與采動應力場關(guān)系的微震分析 210
7.4.4 采空區(qū)覆巖高位裂隙體特征微震監(jiān)測案例 212
7.5 采動覆巖井上下聯(lián)動“三位一體”綜合觀測方法 216
7.5.1 方法原理 216
7.5.2 采動覆巖內(nèi)部巖移的監(jiān)測儀器及軟件系統(tǒng) 216
7.5.3 “三位一體”綜合觀測方法應用 217
7.6 實驗室覆巖采動裂隙放射性測量系統(tǒng)與方法 221
7.6.1 氡氣工程領(lǐng)域應用分析 221
7.6.2 氡氣地表探測覆巖采動裂隙綜合試驗系統(tǒng) 222
7.6.3 綜合試驗系統(tǒng)應用案例 224
7.7 巷道圍巖裂隙探測技術(shù) 227
7.7.1 數(shù)字鉆孑L攝像法松動圈測試 227
7.7.2 地質(zhì)雷達法松動圈測試 230
7.7.3 大同礦區(qū)“雙系”煤巷圍巖松動圈測試 232
參考文獻 239
第8章 大空間采場堅硬頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 241
8.1 大結(jié)構(gòu)對采場礦壓顯現(xiàn)的影響 241
8.2 大同礦區(qū)石炭系特厚煤層采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 244
8.2.1 塔山煤礦石炭系特厚煤層采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 244
8.2.2 同忻煤礦石炭系特厚煤層采場礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 250
8.3 特厚煤層回采巷道礦壓監(jiān)測分析 266
8.3.1 礦壓監(jiān)測內(nèi)容及方案 266
8.3.2 頂板離層監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 270
8.3.3 錨桿（索）應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 273
8.3.4 鉆孔應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析 275
8.4 大同礦區(qū)雙系煤層開采礦壓相互影響 277
8.4.1 煤柱對下覆煤層開采的影響 277
8.4.2 工程條件 278
8.4.3 多層疊加煤柱覆巖結(jié)構(gòu)特征 278
8.4.4 “倒梯形孤島覆巖結(jié)構(gòu)”對石炭系煤層應力場影響分析 281
8.4.5 “倒梯形孤島覆巖結(jié)構(gòu)”對石炭系礦壓影響的微震監(jiān)測研究 284
參考文獻 285
第9章 大空間采場堅硬頂板煤柱力學特征 288
9.1 掘巷前采場煤巖體力學特征分析 288
9.1.1 弧三角形關(guān)鍵塊的結(jié)構(gòu)參數(shù) 289
9.1.2 掘巷前三角塊受力分析 290
9.1.3 掘巷前三角塊下部煤體受力分析 293
9.2 小煤柱護巷圍巖力學模型 296
9.2.1 沿空掘巷頂板力學模型 297
9.2.2 沿空掘巷實體煤幫力學模型 299
9.2.3 滑空掘巷煤柱幫力學模型 302
9.2.4 沿空掘巷底板力學模型 304
9.3 煤柱力學特征數(shù)值模擬研究 307
9.3.1 數(shù)值模擬條件與幾何模型的建立 307
9.3.2 掘巷前煤柱應力分布規(guī)律研究 311
9.3.3 掘巷后煤柱應力分布規(guī)律研究 312
9.3.4 采動后煤柱應力分布規(guī)律研究 318
9.4 沿空掘巷端部結(jié)構(gòu)及滲透特征研究 325
9.4.1 工作面概況 325
9.4.2 掘巷前8206 工作面端部覆巖結(jié)構(gòu)及小煤柱側(cè)裂隙場分布 326
9.4.3 小煤柱滲透特征研究 334
9.4.4 小煤柱滲透特性系數(shù) 353
9.5 大空間采場小煤柱護巷安全保障關(guān)鍵技術(shù)體系 355
參考文獻 363
第10章 大空間采場井下近場堅硬頂板弱化技術(shù) 365
10.1 井下近場堅硬頂板水壓致裂控制技術(shù) 365
10.2 水壓致裂基本原理 367
10.2.1 孔壁應力理論分析 367
10.2.2 水壓致裂力學機理 369
10.3 大同礦區(qū)井下近場堅硬頂板水壓致裂工藝技術(shù) 371
10.3.1 水壓致裂頂板弱化參數(shù) 371
10.3.2 水壓致裂設(shè)備與注水工藝過程 374
10.3.3 水壓致裂技術(shù)實施方案 376
10.4 水壓致裂效果數(shù)值模擬分析 386
10.5 井下近場楔形槽爆破預裂堅硬頂板技術(shù) 391
10.5.1 頂板預裂爆破方案 391
10.5.2 爆破參數(shù)確定 393
10.5.3 爆破參數(shù)驗算 395
10.5.4 爆破工藝參數(shù)及施工 398
10-5.5 頂板預裂爆破效果數(shù)值模擬分析 398
10.6 井下近場承壓爆破技術(shù) 399
10.6.1 承壓爆破技術(shù)特點 399
10.6.2 鉆孔內(nèi)承壓傳爆介質(zhì)的承壓預裂性能 400
10.6.3 鉆孔承壓爆破應力傳播及裂隙擴展規(guī)律 407
10.6.4 堅硬頂板承壓爆破參數(shù)確定 417
10.6.5 豎硬煤巖深孔充水承壓爆破工程實踐 418
10.7 煤層注水防治強礦壓技術(shù)與效果分析 424
10.7.1 同忻煤礦特厚煤層注水技術(shù) 424
10.7.2 煤層注水效果分析 425
參考文獻 427
第11章 大空間采場遠場地面壓裂高位堅硬巖層技術(shù) 429
11.1 遠場地面壓裂弱化高位堅硬巖層技術(shù) 429
11.2 遠場地面壓裂技術(shù)的試驗與理論分析 430
11.2.1 裂縫擴展規(guī)律的相似模型試驗 430
11.2.2 水壓裂縫在堅硬頂板的擴展規(guī)律 431
11.3 水壓裂縫對堅硬巖