课题基金 / 基金详情

深埋弱胶结薄基岩厚煤层开采岩层运动与控制研究

批准号:
51934008
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
王家臣
学科分类:
矿山开采基础理论
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
王家臣

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
巨野煤田和焦作煤田东部厚煤层具有埋深大、冲积层厚、基岩薄且弱胶结等赋存特征,回采过程中顶板压力大、台阶下沉明显、煤壁片帮严重、突水溃沙时有发生。针对上述技术难题,借助理论分析、模拟实验和数值计算等研究手段,并开发采场高位岩层运动位态智能实测系统等,系统研究厚冲积层作用下弱胶结薄基岩破断特征与运动规律,提出顶板突水溃沙与动载冲击条件;建立采场围岩系统结构力学模型,探究基于系统刚度耦合的采场围岩协同控制机理,提出液压支架刚度和强度确定方法;研究厚冲积层对顶板结构下沉量的吸收特征,构建地表沉降预测模型,遵循降低地表裂隙发育程度原则,提出覆岩运动特征控制原理与方法,解决弱胶结覆岩煤层安全开发技术瓶颈背后的核心科学问题。项目研究成果可为深埋弱胶结薄基岩厚煤层开采提供科学指导,也可以丰富和发展矿山压力与岩层控制理论,具有重大科学意义与实用价值。
英文摘要
While mining thick coal seams under the typical conditions of large burial depth, thick alluvium, thin bedrock with weak cementation in Juye and the eastern Jiaozuo coalfields, coal mines face many tough technical problems such as high roof pressure, obvious step subsidence, serious coal wall rib, and frequent water inrush and sand burst.In order to address these problems, this project, using theoretical analysis, simulation experiment, numerical calculation and other means, develops field measurement instruments such as intelligent measuring system of movement status of high strata in stope, and studies the breaking characteristics and movement rules of weak cemented thin bedrock under the action of thick alluvium, present the conditions of water inrush and sand burst and dynamic impact of roof. Besides, the structural mechanics model of surrounding rock system of stope is established, the principle of system stiffness of surrounding rock control is explored, and the method for determining the stiffness and strength of hydraulic support is proposed. This paper also studies the absorption characteristics of thick alluvium to roof structure subsidence and constructs the prediction model of surface subsidence. Following the principle of reducing the development degree of surface fissures, the control principle and method of overburden movement characteristics is presented, and the core scientific problems behind the technical bottleneck of weak cemented overburden coal seam safety development is solved. The research results of this project can provide scientific guidance for mining deep thick coal seams with weak cemented thin bedrock, and also enrich and develop the theory of mine pressure and ground control, which has great scientific significance and practical value.
针对深埋弱胶结薄基岩厚煤层工作面开采过程中的岩层控制问题,本项目首先通过现场实测和相似模拟实验探究了弱胶结薄基岩破断特征与动载冲击效应。发现采动裂隙萌生于高位厚冲积层,下行扩展导致基岩全厚断裂,形成覆岩冒落拱与拱脚高耸岩梁复合结构。掌握了深埋薄基岩岩石裂隙网络分布及渗流特征,构建了覆岩冒落拱结构的突水溃砂致灾演化模型,分析了水砂涌入下薄基岩采场覆岩结构的稳定性,揭示了深埋薄基岩工作面突水溃砂致灾演化全过程。探究了大采高工作面顶板-煤壁联动失稳条件,构建了液压支架-围岩系统刚度力学模型和大采高工作面三维滑动力学模型,分析了支架刚度对煤壁稳定性的控制作用,提出了基于采场围岩稳定性控制的支架二元选型原则。得到了深埋厚冲积层薄基岩地表沉陷特征,构建了深埋厚冲积层薄基岩地表沉陷时空预测模型,建立了“工作面推进距离-岩层运动阶段-地表沉陷特征”三者之间的协调变形关系,揭示了岩层运动对地表沉陷的驱动机理。项目研究成果可为深埋弱胶结薄基岩厚煤层开采提供科学指导,也可以丰富和发展矿山压力与岩层控制理论,具有重大科学意义与实用价值。
特厚煤层卸压综放开采基础研究
  • 批准号:
    51674264
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    68.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    王家臣
  • 依托单位:
浅埋厚煤层综放开采围岩控制与顶煤三维放出规律基础研究
  • 批准号:
    U1361209
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    220.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    王家臣
  • 依托单位:
顶煤放出的散体介质流理论研究
  • 批准号:
    50974123
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    42.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    王家臣
  • 依托单位:
煤炭与煤层气双能源开采基础理论与方法研究
  • 批准号:
    50834005
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    220.0万元
  • 批准年份:
    2008
  • 负责人:
    王家臣
  • 依托单位:
国内基金
海外基金