一五一煤矿条带开采采留宽度分析
摘 要
一五一煤矿构造多、褶曲多、基本顶是厚层坚硬的含砾砂岩且直接落在 煤层之上，局部有直接项但很薄、煤层厚度变化大，历史上曾经采用过高落 式、房柱式、预裂爆破顶板岩石普采放顶煤及综采放顶煤、分层开采等方法， 因基本项垮落步距太大、回采工作面安全面临严重威胁、预裂爆破钻孔施工 极度困难、第二分层开采顶板管理极度困难、回采率低于40％等原因而告失 败。经研究决定采用条带法解决开采难题。
经现场顶底板岩石和煤层取样，在矿压实验室测定顶底板岩石和煤的单 轴抗压强度、抗拉强度、弹性模量和泊松比；利用传统理论分析了条带煤柱 的应力分布、变形的规律和条带煤柱的破坏形式、稳定性及影响因素。通过 简支梁理论计算和I江PA数值模拟得出了理想的条带开采宽度，结合一五一 煤矿坚硬顶板的实际地质条件和开采的实际情况合理确定了条带开采宽度； 通过对条带煤柱理论分析和计算得出条带煤柱保持长期稳定的最小宽度，在 此基础上，运用FLAC3D数值模拟软件进行数值模拟研究，对坚硬顶板条带 开采的相同采宽不同留宽煤柱塑性区和应力分布进行了模拟分析，得出了适 合坚硬顶板条带开采条带煤柱的合理宽度；通过现场运用观测，验证了理论 分析、数值模拟的合理性，既提高了一五一煤矿的回采率又能保证安全生产 的条带留宽和采宽，解决了生产难题。
该论文有图29幅，表8个，参考文献58篇。 关键词：条带开采；开采宽度；煤柱尺寸；数值模拟；
AbStraCt
In V1ew of。the pro blem that more structures，more folds，thick and solid sandstone，thickness of coal seams and so on，the 1 5 1 coal mine can’t adopt如ll mechanized 5 l coal mine adopted the meaSure of hicoal working f．ace．The 1 falling type，rooms a11d pillars
曲 and type，Vimlal prototyping top coal caVing technology，s印arate zone production teclmique．Because of caving step distance is too big in basic roof，fall the presplit blasting borehole constmction and fully mechanized subleVel caving is extremely di衔cult，working face the threatseVerely，manage of second layering exploitation roof is extremely difhcult， recoVe巧rate is lower man f．oIrty percem，aRer the research decided that adopting strip method to s01Ve exploitation problem．
Though the rock and coal s锄pling at the roof and f100r，roof and f100r rockand coal u】菌axial compressiVe strengtll，tensile stren昏h and elastic modulus andPoisson ratio are detemined in血ne pressure 1aboratory；Using trad“ional theoryanalyzes the stress distribution，strip pillar deformation 1aw of coal pillar f-ailure modes a11d ch锄el，t11e s切bili哆and the innuencing f如tors．T1：1rough theoretical calculation and beam RFPA m珊erical simulation obtained the strip mining ideal谢dm，the strip milling研d也is dete肌ined by combining the actual geological condition of hard roof and the actual situation in 1 5 1 coal mine，me millimum嘶piUar stability widm is obtained based 6n meoretical analysis aJld calculation，on mis basis，using FLAC3D soRware to simulate and anaJyze me s帅e haurd roof strip mining coal milling width di虢rent leaVe wide plaStic zone and stress
distribution，hard r00f strip miIling
ch咖e1 for the reasonable嘶dm of coal pillais obtained；Through the field application obseⅣatiom the theoretical aIlalysis， numerical simulation of rationality are Verified，not only me 1 5 1 coal extraction rate is enhancedbut also safe production clIrVilinear leaVe width and mining width are ensuIIedproduction problems are also solVed． The paperhaS Twent)r nine figures，eight tables and flRy-eight references． Keywords：嘶p mimng；mining width；pillar size；numerical simulation
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致 谢
本文是在导师路占元教授的悉心指导下完成的。在三年的研究生学习期 间，路老师在学习上给予了我精心的指导；在生活上给予了我无微不致的关 怀和照顾。导师在论文的选题、研究方法、撰写等各个方面都倾注了大量的 心血和精力。特别是他在生活和工作中所表现出的高尚品德、渊博知识、严 谨的治学态度、精益求精的科研作风，兢兢业业的工作精神深深感染和鞭策 着我，使我受益匪浅。值此毕业之际，特向我的导师表示衷心的感谢与敬意。
师恩似海，在此谨向导师致以深深的谢意和崇高的敬意! 感谢黑龙江科技学院资源与环境工程学院采矿工程的所有研究生导师及
教师在论文开题、中期考核时，提出的建议和意见，让我有了论文的思路和 重点，再次感谢你们在我攻读硕士学位期间，在学习，生活和论文写作过程 中所给予的极大帮助，感谢你们的辛勤培养和教导。
感谢我的同学刘洋、葛志会、张石磊、申元、王亚军、张金龙、齐忠友
等同学在论文写作期间对我的帮助。
感谢我的父母，感谢他们在我近二十年的读书生涯中辛勤地养育着我， 并在精神上给予鼓励和鞭策。
向那些曾在学习和生活中给予关心、爱护和帮助的各位老师、同学、朋
友们表示衷心的谢意。
在论丈撰写过程中，参阅了大量的文献资料，在参考文献中已将作者列 出，但难以保证没有遗漏。在此，向所有的作者表示衷心感谢。
由于水平有限，所写论文难免有不当之处，诚挚的恳请各位专家、教授 给予批评、指正。衷心感谢各位专家、教授在百忙之中评阅本文。
1绪论
1绪论
1．1问题的提出及研究意义
我国目前煤炭资源勘探投入不足，探明储量正逐渐减少，在这种趋势下， 煤炭开采还应采取大中小并举的战略，还需要发展小煤矿Ⅲ。但小煤矿的开 采现状令人担忧。小煤矿地质条件和开采技术条件往往比较复杂，开采难题 比较多。他们往往采用落后的开采方法，致使矿压显现剧烈，安全事故频繁 发生；采出率低，造成国家资源的大量浪费。
一五一煤矿因构造多、褶曲多、煤层无直接顶、基本顶是厚层坚硬的含 砾砂岩、煤层厚度变化大等原因而无法采用综采。历史上曾经采用过高落式、 房柱式、预裂爆破顶板岩石普采放顶煤、分层开采等方法，因基本顶垮落步 距太大、预裂爆破钻孔施工极度困难、第二分层开采顶板管理极度困难、回 采率低等原因而告失败。经研究决定，进行条带法的尝试，采用条带法解决 开采难题。条带法的初衷是减少地表下沉和变形，而本文在条带法的应用领 域方面赋予条带法以新的涵义，阐述了条带法在解决开采难题方面的功效。
经过几十年的开采，我国三下压煤储量相应增大，所占比例逐年升高。 1967年抚顺胜利煤矿开始运用条带开采。条带开采在保护地面建(构)筑物、 保护环境、避免顶板岩层大面积垮落等方面收到了良好的成效，积累了大量 的经验，至今仍在广泛采用。这些经验和理论为用条带法解决开采难题奠定 了基础。 ‘
本文研究内容对于类似上述的地质和开采条件下如何解决开采难题具有 一定的指导意义。
1．2条带开采的研究历史和研究现状
条带开采的关键问题是能保持煤柱的长期稳定。条带开采方法是不同于 单一长壁采煤法的特殊采煤方法，是以合理的尺寸把煤层划分成条带状，采 一部分，留一部分，没有开采的部分(条带煤柱)用来支撑上覆岩层的载荷。
1．2．1条带开采在国外的研究与应用
上世纪50年代，前苏联、美国、波兰、澳大利亚和英国等重要采煤国家 运用留设煤柱支撑顶板的方式来控制地表沉陷，保护建筑物和生态环境，他
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一五一煤矿条带开采采留宽度分析
