堅(jiān)硬頂板巖層控制

目錄
《巖石力學(xué)與工程研究著作叢書》序
《巖石力學(xué)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(jiān)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(chǎng)礦壓研究現(xiàn)狀 6
1.3.2 采場(chǎng)覆巖結(jié)構(gòu)演化研究現(xiàn)狀 7
1.3.3 采場(chǎng)頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀 12
1.3.4 堅(jiān)硬頂板控制理論與技術(shù)研究現(xiàn)狀 13
1.4 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板巖層控制研究思路 14
1.4.1 大空間采場(chǎng)及遠(yuǎn)近場(chǎng)概念 14
1.4.2 研究思路 16
參考文獻(xiàn) 18
第2章 大同礦區(qū)堅(jiān)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(jiān)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(xué)特往 34
2.4.1 實(shí)驗(yàn)室煤巖物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試方法與結(jié)果 34
2.4.2 煤巖比表面積測(cè)試 37
2.4.3 煤巖XRD測(cè)試 40
2.4.4 煤巖全元素測(cè)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(xiàn) 47
第3章 大同礦區(qū)石炭系堅(jiān)硬頂板特厚煤層開采技術(shù) 49
3.1 堅(jiān)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(dòng)組織與技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 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(jī)選型 56
3.3.3 工作面前、后刮板輸送機(jī)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(xiàn) 67
第4章 區(qū)域地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)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(duì)含煤盆地的影響 71
4.2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征分析 72
4.2.1 華北地區(qū)及邊界的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 72
4.2.2 大同地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng) 74
4.3 區(qū)域應(yīng)力特征分析 75
4.3.1 區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征 75
4.3.2 大同礦區(qū)現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征 77
4.3.3 大同礦區(qū)地應(yīng)力測(cè)量 78
4.4 大同礦區(qū)典型礦井巖體應(yīng)力狀態(tài)分析 83
4.4.1 同忻煤礦巖體應(yīng)力狀態(tài)分析 83
4.4.2 忻州窯煤礦巖體應(yīng)力狀態(tài)分析 86
4.5 大同礦區(qū)典型礦井地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)估 92
4.5.1 礦井地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境分析 92
4.5.2 同忻煤礦地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)估 93
4.5.3 忻州窯煤礦地質(zhì)動(dòng)力環(huán)境評(píng)估 97
4.6 地質(zhì)條件對(duì)礦井動(dòng)力災(zāi)害的控制作用 101
參考文獻(xiàn) 102
第5章 堅(jiān)硬頂板分類方法研究 104
5.1 國(guó)內(nèi)外頂板分類方法概述 104
5.2 顯現(xiàn)強(qiáng)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(jì)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(jiān)硬頂板分類指標(biāo)的確定 111
5.4 基于層次分析和模糊綜合評(píng)判的堅(jiān)硬頂板分類研究 112
5.4.1 層次分析法和模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)原理 112
5.4.2 堅(jiān)硬頂板的模糊綜合分類方法 113
參考文獻(xiàn) 115
第6章 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)與力學(xué)特征 118
6.1 堅(jiān)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(jiān)硬頂板特厚煤層采場(chǎng)結(jié)構(gòu)模型 133
6.2.1 多層堅(jiān)硬頂板覆巖大結(jié)構(gòu)形成機(jī)理 133
6.2.2 多層堅(jiān)硬頂板覆巖大結(jié)構(gòu)形成過程 135
6.3 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)特征的相似模擬研究 136
6.3.1 相似材料模擬試驗(yàn)內(nèi)容 136
6.3.2 相似材料模擬試驗(yàn)及觀測(cè)系統(tǒng) 137
6.3.3 相似材料模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)與制作 139
6.3.4 相似材料模擬試驗(yàn)過程及結(jié)果分析 142
6.4 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)模型現(xiàn)場(chǎng)探測(cè) 154
6.4.1 特厚煤層綜放采場(chǎng)覆巖運(yùn)動(dòng)特征的鉆孔電視探測(cè) 154
6.4.2 工作面覆巖結(jié)構(gòu)EH4物理探測(cè) 161
6.4.3 基于微地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的特厚煤層綜放面圍巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究 165
6.5 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板大結(jié)構(gòu)力學(xué)特征 190
6.5.1 堅(jiān)硬頂板大結(jié)構(gòu)力學(xué)模型 190
6.5.2 柱殼結(jié)構(gòu)模型和力學(xué)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(yīng)用實(shí)例 194
參考文獻(xiàn) 195
第7章 巖層破裂演化實(shí)測(cè)方法與技術(shù) 198
7.1 概述 198
7.2 鉆孔沖洗液法與應(yīng)用 199
7.2.1 方法原理 199
7.2.2 工程應(yīng)用實(shí)例 200
7.3 孔間電磁波CT測(cè)試巖體破裂演化原理與應(yīng)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(cè)的巖溶特征工程應(yīng)用 206
7.4 覆巖破斷微震監(jiān)測(cè)技術(shù) 209
7.4.1 微震監(jiān)測(cè)技術(shù) 209
7.4.2 由采礦活動(dòng)導(dǎo)致微震的力學(xué)機(jī)理及分類 210
7.4.3 煤柱兩側(cè)覆巖空間破裂與采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)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(cè)案例 212
7.5 采動(dòng)覆巖井上下聯(lián)動(dòng)“三位一體”綜合觀測(cè)方法 216
7.5.1 方法原理 216
7.5.2 采動(dòng)覆巖內(nèi)部巖移的監(jiān)測(cè)儀器及軟件系統(tǒng) 216
7.5.3 “三位一體”綜合觀測(cè)方法應(yīng)用 217
7.6 實(shí)驗(yàn)室覆巖采動(dòng)裂隙放射性測(cè)量系統(tǒng)與方法 221
7.6.1 氡氣工程領(lǐng)域應(yīng)用分析 221
7.6.2 氡氣地表探測(cè)覆巖采動(dòng)裂隙綜合試驗(yàn)系統(tǒng) 222
7.6.3 綜合試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用案例 224
7.7 巷道圍巖裂隙探測(cè)技術(shù) 227
7.7.1 數(shù)字鉆孑L攝像法松動(dòng)圈測(cè)試 227
7.7.2 地質(zhì)雷達(dá)法松動(dòng)圈測(cè)試 230
7.7.3 大同礦區(qū)“雙系”煤巷圍巖松動(dòng)圈測(cè)試 232
參考文獻(xiàn) 239
第8章 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 241
8.1 大結(jié)構(gòu)對(duì)采場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律 250
8.3 特厚煤層回采巷道礦壓監(jiān)測(cè)分析 266
8.3.1 礦壓監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方案 266
8.3.2 頂板離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析 270
8.3.3 錨桿（索）應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析 273
8.3.4 鉆孔應(yīng)力監(jiān)測(cè)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(duì)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(duì)石炭系煤層應(yīng)力場(chǎng)影響分析 281
8.4.5 “倒梯形孤島覆巖結(jié)構(gòu)”對(duì)石炭系礦壓影響的微震監(jiān)測(cè)研究 284
參考文獻(xiàn) 285
第9章 大空間采場(chǎng)堅(jiān)硬頂板煤柱力學(xué)特征 288
9.1 掘巷前采場(chǎng)煤巖體力學(xué)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(hù)巷圍巖力學(xué)模型 296
9.2.1 沿空掘巷頂板力學(xué)模型 297
9.2.2 沿空掘巷實(shí)體煤幫力學(xué)模型 299
9.2.3 滑空掘巷煤柱幫力學(xué)模型 302
9.2.4 沿空掘巷底板力學(xué)模型 304
9.3 煤柱力學(xué)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(yīng)力分布規(guī)律研究 311
9.3.3 掘巷后煤柱應(yīng)力分布規(guī)律研究 312
9.3.4 采動(dòng)后煤柱應(yīng)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(chǎng)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(chǎng)小煤柱護(hù)巷安全保障關(guān)鍵技術(shù)體系 355
參考文獻(xiàn) 363
第10章 大空間采場(chǎng)井下近場(chǎng)堅(jiān)硬頂板弱化技術(shù) 365
10.1 井下近場(chǎng)堅(jiān)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(yīng)力理論分析 367
10.2.2 水壓致裂力學(xué)機(jī)理 369
10.3 大同礦區(qū)井下近場(chǎng)堅(jiān)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(shí)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(chǎng)楔形槽爆破預(yù)裂堅(jiān)硬頂板技術(shù) 391
10.5.1 頂板預(yù)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(yàn)算 395
10.5.4 爆破工藝參數(shù)及施工 398
10-5.5 頂板預(yù)裂爆破效果數(shù)值模擬分析 398
10.6 井下近場(chǎng)承壓爆破技術(shù) 399
10.6.1 承壓爆破技術(shù)特點(diǎn) 399
10.6.2 鉆孔內(nèi)承壓傳爆介質(zhì)的承壓預(yù)裂性能 400
10.6.3 鉆孔承壓爆破應(yīng)力傳播及裂隙擴(kuò)展規(guī)律 407
10.6.4 堅(jiān)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(shí)踐 418
10.7 煤層注水防治強(qiáng)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(xiàn) 427
第11章 大空間采場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)地面壓裂高位堅(jiān)硬巖層技術(shù) 429
11.1 遠(yuǎn)場(chǎng)地面壓裂弱化高位堅(jiān)硬巖層技術(shù) 429
11.2 遠(yuǎn)場(chǎng)地面壓裂技術(shù)的試驗(yàn)與理論分析 430
11.2.1 裂縫擴(kuò)展規(guī)律的相似模型試驗(yàn) 430
11.2.2 水壓裂縫在堅(jiān)硬頂板的擴(kuò)展規(guī)律 431
11.3 水壓裂縫對(duì)堅(jiān)硬巖