天河煤矿急倾斜厚煤层采煤方法研究.pdf

中图分类号 学科分类号 论文编号 垒垒Q1 3 5 1 Q 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 天河煤矿急倾斜厚煤层采煤方法研究 作者姓名堡压 专业名称墨芷王程 研究方向珏墨友法 导师姓名金空挞副塾援 导师单位塞邀堡王太堂 答辩委员会主席重裢瑞 论文答辩日期2 0 1 4 年5 月3 1 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 4 年0 6 月0 5 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g 【I IIIIIIII I I I II i l l lI I I IIIIIIllI [ 1 l l l Y 2 6 9 7 19 2 T i a n h eC o a lM i n eS t e e p l yI n c l i n e dT h i c kS e a mC o a lM i n i n g M e t h o dO p t i m i z a t i o nR e s e a r c h C a n d i d a t e H u aL e S u p e r v i s o r Y u Z h o n g l i n E n e r g ya n dS e c u r i t yS c h o o l A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ， S h u n g e n gI b a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 塞邀理王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示谢意。 学位论文作者签名 日期丛L 年』月』日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞邀堡王太堂有保留、使用学位论文 的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 塞徼理王太堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 保密的学位 论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名锋乐签字日期肼年彩月亨日 锄签伽寸抖蝴加州肌日 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t 。．。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．．．．．．．．．。．．．．．．．．。．．．．．．。．．。．。．。．。．．。．。．。。．．．．．．。．．．．．．．。．．．．．。．。．。．．．。．。．。．．．。．．．。．．。I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I l 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 问题的提出及背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 研究目的⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 国内外研究现状及存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．1 国外急倾斜煤层开采技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 ．3 ．2 国内急倾斜煤层开采技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 ．3 ．3 急倾斜煤层开采现状及存在问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．4 课题的主要内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．5 研究方法及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．5 ．1 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 1 ．5 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 天河煤矿开采方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l 2 ．1 矿井概况和地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 2 ．1 ．1 矿井位置与交通⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 ．2 矿区水文地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 - 3 矿区地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．1 ．4 煤层地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l3 2 ．1 ．5 环境地质特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 天河煤矿开采方法研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 4 2 ．2 ．1 采煤方法选择的原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．2 ．2 天河煤矿现有采煤方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l5 2 ．2 ．3 采煤方法方案确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15 2 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 3 回采工艺参数数值模拟研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．1 数值模拟软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 ．1F L A C 3 D 软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 3 ．1 ．2P F C 2 D 软件介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．2 采高的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．1 采高对煤壁稳定性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2 ．2 采高对顶煤回收率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．3 合理放煤高度的理论研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 l 3 - 3 ．1 顶煤放出基本规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．3 ．2 最高放煤高度确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．3 ．3 最低放煤高度确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 3 ．4 放煤高度的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 3 ．4 ．1 不同放煤高度应力场分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．4 ．2 顶煤高度对回收率的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 3 ．5 放煤工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 3 ．5 ．1 放煤方式模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．5 ．2 放煤步距模拟⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 3 ．6 巷道布置研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 3 ．6 ．1 回采巷道布置原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 7 3 ．6 ．2 巷道布置方式研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 3 ．7 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 设备配套选型及采煤工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 4 ．1 设备配套选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 4 ．1 ．1 设备配套原则⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 4 ．1 ．2 液压支架选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51 4 ．1 ．3 放顶煤支架架型选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 4 ．1 ．4 采煤机选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 4 ．1 ．5 刮板运输机选型设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 4 4 ．1 ．6 工作面能力计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 4 ．2 采煤工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 I V 万方数据 目录 4 ．2 ．1 落煤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 6 4 ．2 ．2 挂顶网⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．2 ．3 移输送机和支架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．4 放煤工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．5 装煤方式⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 4 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 8 5 现场应用效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．1 现场概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～5 9 5 ．2 现场应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 9 5 ．3 主要经济技术指标对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 9 5 ．4 滑移顶梁液压支架放顶煤开采的优越性⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 0 5 ．5 工作面回采过程中需要注意的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 0 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 V 万方数据 摘要 摘要 近几年来，随着我国经济的发展和人类社会的进步，煤炭的开采强度和范围 不断扩大，赋存条件较好的煤层逐渐枯竭，如何安全、高效的开采急倾斜煤层已 经成为我国煤炭工业发展亟待解决的问题。 本文以江西新余矿业集团天河煤矿为工程背景，通过地质条件、巷道工程量、 材料消耗量以及经济等方面的对比分析，确定适合天河煤矿等以急倾斜厚煤层为 主采煤层的中小型矿井的采煤方法为水平分段滑移支架放顶煤采煤法。 通过F L A C 3 D 数值模拟，研究了不同采高以及不同顶煤高度对围岩应力及塑 性区的影响，以及煤壁前方的最大应力集中系数及其影响范围； 通过对合理的顶煤高度进行理论计算，并且结合实际条件，得出了天河煤矿 合理分段高度的范围； 运用P F C 2 D 软件对不同顶煤高度的放出率、顶煤放出的方式以及放煤步距进 行了数值模拟研究。 进行了与矿井技术条件相适应的的“三机”配套，并且提出了开采工艺及其 技术参数，为其他矿区相似矿井急倾斜厚煤层工作面安全高效开采提供借鉴依据。 图[ 4 0 】表[ 1 1 ] 参【5 8 ] 关键词急倾斜厚煤层；水平分段；数值模拟；优化设计 分类号T D 8 2 2 ； 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t I nr e c e n ty e a r s ，晰t l lt h ed e v e l o p m e n to fo u re c o n o m ya n dt h ep r o g r e s so fh u m a n s o c i e t y , t h ei n t e n s i t yo fc o a lm i n i n ga n ds c o p ee x p a n d su n c e a s i n g l y , b e t t e rc o a ls e a m o c c u r r e n c ec o n d i t i o ng r a d u a l l yd r i e du p ，h o wt os a f ea n de f f i c i e n tm i n i n gs t e e pc o a l s e a mh a sb e c o m ea l lu r g e n tp r o b l e mi nt h ec o a li n d u s t r yd e v e l o p m e n ti no u rc o u n t r y ． B a s e do nt h ee n g i n e e r i n gb a c k g r o u n do fJ i a n g x iT i a n h ec o a lm i n ea tt h em i n i n g g r o u p ，t h r o u g ht h eg e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，r o a d w a yo fq u a n t i t i e s ，m a t e r i a lc o n s u m p t i o n a n dt h ee c o n o m i cc o m p a r i s o na n da n a l y s i s ，d e t e r m i n es u i t a b l ef o rT i a n h ec o a lm i n i n g i ns t e e p l yi n c l i n e dt h i c kc o a ls e a mi sg i v e np r i o r i t yt o ，s u c ha se x t r a c t i n gs e a mo fs m a l l a n dm e d i u m s i z e dc o a lm i n ec o a lm i n i n gm e t h o df o rt h eh o r i z o n t a ls e c t i o no fs l i d i n g b r a c k e tt h ec a v i n gm i n i n gm e t h o d ． B yF L A C 3 Dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nt os t u d yt h ed i f f e r e n tm i n i n gh e i g h ta r eb r o k e n a n dc a v i n gh e i g h to nt h ei n f l u e n c eo fs u r r o u n d i n gr o c ks t r e s sa n dt h ep l a s t i ca r e a , a n d t h em a x i m u ms t r e s sc o n c e n t r a t i o nf a c t o ri nf r o n to ft h ec o a lw a l la n di t si n f l u e n c e s c o p e ． T h r o u g ht h es t u d yo ft h et h e o r yo fr e a s o n a b l ec a v i n gh e i g h tc a l c u l a t i o n ，a n d c o m b i n e d 嘶t ht h ea c t u a lc o n d i t i o n s ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt h er e a s o n a b l er a n g eo ft h e s e g m e n t a t i o nh e i g h to ft h eT i a n h ec o a lm i n e ． U s i n gP F C 2 Ds o f t w a r ef o rd i f f e r e n tt o p c o a lh i g hr e l e a s er a t e ，t h ed i s c h a r g ew a y o ft o pa n di n t e r v a la r es i m u l a t e dc o a lr e s e a r c h ． T oc a r r yo nt h e c o r r e s p o n d i n gt o t h em i n et e c h n i c a lc o n d i t i o n so ft h e s e c o m p r e s s o r s ，a n dp u tf o r w a r dt h em i n i n gp r o c e s sa n dt e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，f o ro t h e r s i m i l a rm i n e sm i n i n ga r e at op r o v i d er e f e r e n c ei nt h em i n i n go fd e e p l yi n c l i n e dt h i c k c o a ls e a mw o r k i n gf a c es a f ea n de f f i c i e n tb a s i s ． F i g u r e [ 4 0 】t a b l e [ 11 】r e f e r e n c e [ 58 】 K e y W o r d s s t e e pt h i c ks e a m ；h o r i z o n t a ls e c t i o n ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；o p t i m i z a t i o n C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 8 2 2 ； 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I I 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 P r o j e c to r i g i na n dg r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2S t d u yo b j e c t d i v e ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3T h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hs t a t u sa n de x i s t i n gp r o b l e m s ．．．．．．．．．．．．．．．．5 1 ．3 ．1F o r e i g ns t e e ps e a mm i n i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．3 ．2D o m e s t i cs t e e ps e a mm i n i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．3S t e e p l yi n c l i n e dc o a ls e a mm i n i n gS t a t u sa n dP r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4T h em a i nc o n t e n to f t h es u b j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．5T h er e s e a r c hm e t h o da n dt e c h n i c a lr o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．5 ．1T h er e s e a r c hm e t h o d s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯9 1 ．5 ．2T e c h n i c a lr o u t e ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．1 0 2T i a n h em i n i n gm e t h o ds t u d y ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．1T h es u r v e ya n dg e o l o g i c a lf e a t u r e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．1 ．1M i n el o c a t i o na n dt r a n s p o r t a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11 2 ．1 ．2M i n eh y d r o g e o l o g i c a lp r o f i l e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．1 ．3M i n i n ga r e ag e o l o g i c a ls u r v e y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．1 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⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 2 3 ．2T h ed e t e r m i n a t i o no f m i n i n gh e i g h ta r eb r o k e n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 ．1T h ee f f e c to nt h es t a b i l i t yo ft h ec o a lm i n i n gh e i g h ta r eb r o k e no n t h ew a l l ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．2 ．2T h ei n f l u e n c eo fm i n i n gh e i g h ta r eb r o k e nf o rt o p c o a lr e c o v e r y r a t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．3T h es t u d yo f t h et h e o r yo f t h er e a s o n a b l eh e i g h to f c o a l ⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯．31 3 ．3 ．1T o p c o a ll e to u tb a s i cl a w s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 3 ．3 ．2T o pc o a lh e i g h t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 3 ．3 ．3T h em i n i m u mh e i g h to f c o a l ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．3 3 3 ．4N u m e r i c a ls i m u l a t i o ns t u d yo f c o a lh e i g h t ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 5 3 ．4 ．1D i f f e r e n tc o a lh i g h l ys t r e s sf i e l da n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 5 3 ．4 ．2T h ei n f l u e n c eo f t h eh e i g h to f t h et o p c o a lr e c o v e r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 3 ．5C o a lt e c h n o l o g yr e s e a r c h ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 1 3 ．5 。1S i m u l a t e dc o a lw a y ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 3 ．5 ．2I n t e r v a ls i m u l a t i o no f c o a l ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 3 ．6R o a d w a y l a y o u tr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。一．．⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 3 ．6 ．1P r i n c i p l eo f e x t r a c t i o nr o a d w a yl a y o u t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 7 3 ．6 ．2A r r a n g e m e n to f r o a d w a y ⋯⋯⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．4 8 3 ．7T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4S e l e c t i o no f e q u i p m e n t a n dm i n i n gt e c h n o l o g yw a ss t u d i e d ⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．．51 4 ．1E q u i p m e n ts e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．1 ．1T h ep r i n c i p l eo f e q u i p m e n ts u p p o r t i n g ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 1 4 ．1 ．2H y d r a u l i cB r a c k e tS e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 4 ．1 ．3C a v i n gs u p p o r tc o n s t r u c t i o nc h o i c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 4 ．1 ．4H e a r e rS e l e c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 4 ．1 ．5T h es c r a p e rc o n v e y o rs e l e c t i o nd e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．1 ．6T h ec a l c u l a t eo f f a c ea b i l i t y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 V I I 万方数据 一 窒丝望三丕堂堡主堂垡垒奎 一 4 ．2C o a lm i n i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 6 4 ．2 ．1C o a ld r o p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．2 ．2H a n gt h et o pw e b ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 4 ．2 ．3M o v et h ec o n v e y o ra n ds u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．4D r a w i n gc o a lt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 4 ．2 ．5T h em e t h o do f p a c kc o a l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 4 ．3T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e ⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5F i e l da p p l i c a t i o ne f f e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．1F i e l dO v e r v i e w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 5 ．2F i e l da p p l i c a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．3T h en l a ．me c o n o m i ca n dt e c h n i c a li n d e x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 9 5 ．4S l i d i n gr o o fb e a mh y d r a u l i cs u p p o r tt h es u p e r i o r i t yo f t h ec a v i n gm i n i n g6 0 5 ．5N e e dt ob ea w a r eo ft h ep r o b l e m si nt h ep r o c e s so fm i n i n gf a c e ⋯⋯⋯⋯．．6 0 5 ．6T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e ⋯．．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 C o n e l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 R e f e r e n c e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 4 A c k n o w l e d g e m e n t s ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯6 7 A u t h o ri n t r o d u c t i o na n dp r i n c i p a la c h i e v e m e n t si ns c i e n t i f i cr e s e r c h ⋯．．．⋯⋯⋯⋯．．6 8 V I I I 万方数据 第1 章绪论 1 绪论 1 ．1 问题的提出及背景 煤炭是世界上储量最多和分布最广的常规能源资源。B P 世界能源统计年鉴 统计数据显示，2 0 1 1 年，全球煤炭消费增长5 ．4 ％，是唯一增幅超过历史平均水 平的化石燃料，也是除可再生能源之外增长最快的能源种类。煤炭现在占全球能 源消费的3 0 ．3 ％，其中，中国 增长8 ．8 ％ 贡献了6 9 ％的全球煤炭产量增长。同 时，年鉴中指出，2 0 1 1 年年底，中国探明的煤炭储量为1 1 4 5 0 0M t ，占全球探明 储量总量的1 3 ．3 ％。2 0 1 1 全年中国的煤炭产量和消费量所占全球的比例为4 9 ．5 ％ 和4 9 ．4 ％，均接近一半的比重n 1 。长期以来，作为我国的第一能源，煤炭资源的 开发利用为经济社会发展做出了巨大的贡献，为我国经济的高速发展提供了有效 的能源保障。根据国家能源局的分析预测，在2 1 世纪中期以前，如果在新能源领 域没有突破性的进展，我国的煤炭仍然占一次性能源消费的主导地位，所占比重 将超过5 0 ％心1 。因此，煤炭的生产将成为未来较长一段时间内国家生产的重要构 成部分，所以如何合理规划开采有限的煤炭资源来满足国家的经济发展成为目前 首要的问题。 图1 ．1 中国煤炭生产和消费对比图 F i g ．1 ．1C o m p a r i s o no f C h i n e s ec o a lp r o d u c t i o na n ds o n s u m p t i o n 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 中国煤炭消费量 2 0 ％ 艄燃全球市场份额e 右辘 15 ％ 堪长 1 0 ％ 5 ％ O ％ 一5 ％ I I ll l i 19 9 219 9 62 0 0 02 。。42 0 0 82 0 1 2 图1 ．2 中国煤炭消费量年度变化 F i g ．1 ．2C h i n ac o a lc o n s u m p t i o ni na n n u a lc h a n g e 我国煤炭资源的储量相对较多且分布广泛，但是煤炭资源属于非可再生资源， 而且我国地质复杂，煤层的赋存情况也千姿百态，可采和易采的储量较少。并且 随着我国经济的发展和人类社会的进步，对于煤炭的需求量与日俱增，致使煤炭 的开采强度和范围不断扩大，赋存条件较好的煤层逐渐枯竭，部分矿区甚至出现 了资源储备不足的现象，开采赋存条件恶劣的煤层已势在必行，在所有的复杂难 采煤层中，急倾斜煤层占据了较大的比重，进而使得急倾斜煤层开采问题迅速进 入人民的视野，引起了人们的高度关注∞圳。 图1 ．3 中国煤炭资源分布图 F i g ．1 ．3C h i n e s ec o a lr e s o u r c e sd i s t r i b u t i o n 在我国，急倾斜煤层一般指煤