厚煤層開采理論與技術(shù)

前言

能源是一切生產(chǎn)和生活的基礎(chǔ)，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然需要能源的增長來維持，而我國的能源效率又遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，甚至低于許多發(fā)展中國家，因此不得不依靠大量的能源開采和消費(fèi)來維持國民經(jīng)濟(jì)的快速增長。雖然節(jié)約型社會的建立可以緩解對能源的浪費(fèi)和提高單位能源對國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)，但由于我國的經(jīng)濟(jì)總量巨大（世界第三位），經(jīng)濟(jì)增長速度快，各種企業(yè)的技術(shù)水平相差甚遠(yuǎn)等，必然導(dǎo)致對能源的迫切需求。由于我國能源條件的特殊性，煤炭在一次能源開采和消費(fèi)中，一直保持在70％左右。煤炭是我國的主體能源，這一特點(diǎn)在今后50年內(nèi)不會發(fā)生根本性改變，因此煤炭資源開采在我國能源戰(zhàn)略中具有特殊重要意義。在我國煤炭資源儲量與產(chǎn)量中，厚煤層均占45％左右，因此研究與實(shí)施先進(jìn)的厚煤層開采技術(shù)在煤炭開采中具有重要意義。我國的厚煤層開采主要是采用分層開采、放頂煤開采和大采高開采（采高≥3．5m），其中分層開采是一種傳統(tǒng)的厚煤層開采方法。放頂煤開采是20世紀(jì)80年代初從歐洲引入我國的一種開采方法，后在我國迅速發(fā)展并推廣應(yīng)用。近10年來大采高開采在我國得到快速發(fā)展，這與國內(nèi)外支架、采煤機(jī)等煤機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步有很大關(guān)系。根據(jù)工作面所用設(shè)備的差異，放頂煤開采主要分為炮采放頂煤和綜合機(jī)械化放頂煤開采（簡稱綜放開采）。炮采放頂煤是指煤層下部工作面采用單體支架、放炮落煤、工作面鋪網(wǎng)、在工作面后部剪網(wǎng)放頂煤的一種方法。這種方法較分層炮采可以大幅度提高工作面產(chǎn)量和效率，在一些中小礦井，或者地質(zhì)條件復(fù)雜礦井的厚煤層開采中得到了較廣泛應(yīng)用。但是這種方法在對工作面頂煤、頂板的穩(wěn)定控制、工人勞動強(qiáng)度與作業(yè)環(huán)境等方面存在不足。綜合機(jī)械化放頂煤開采是指煤層下部布置一個(gè)綜采工作面（工作面后部增加一部刮板輸送機(jī)，支架為具有放煤功能的專用放頂煤支架）。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了煤炭在我國能源中的重要地位、綜合機(jī)械化放頂煤開采技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展以及在我國的應(yīng)用狀況、放頂煤開采的理論與技術(shù)原理、放頂煤與大采高技術(shù)典型工程實(shí)踐。全書共分為11章，主要內(nèi)容為：煤炭在我國能源中的重要地位、放頂煤開采技術(shù)原理、頂煤破裂機(jī)理、散體頂煤放出規(guī)律、礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律、支架工作阻力確定、高產(chǎn)高效綜放開采的工程實(shí)踐、“兩硬”厚煤層綜放開采工程實(shí)踐、“三軟”與“大傾角”厚煤層的綜放開采工程實(shí)踐、大采高開采的工程實(shí)踐等。本書反映了作者近十余年來在放頂煤與大采高開采理論與技術(shù)方面的研究成果，同時(shí)也總結(jié)了我國放頂煤與大采高開采的一些相關(guān)成果。本書可作為高等院校采礦工程專業(yè)的研究生教材，也可供從事煤礦開采方面的研究人員、工程技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員、管理人員閱讀參考。

書籍目錄

1　我國厚煤層開采現(xiàn)狀　1.1　能源的重要性　1.2　我國能源現(xiàn)狀　1.3　我國煤炭資源基本特征　1.4　我國煤炭資源開采現(xiàn)狀    1.4.1  煤礦開采學(xué)科及采煤方法    1.4.2　我國煤礦開采現(xiàn)狀  1.5　我國厚煤層開采的主要方法    1.5.1  厚煤層開采的主要方法    1.5.2　放頂煤開采    1.5.3　大采高開采    1.5.4　厚煤層開采急需解決的主要問題2　放頂煤開采方法分類與基本原理  2.1　對放頂煤開采的基本認(rèn)識  2.2　放頂煤開采方法分類    2.2.1　按工作面布置方式分類    2.2.2　按機(jī)械化程度分類  2.3　放頂煤開采的基本原理與工藝    2.3.1  放頂煤開采的基本原理    2.3.2　放頂煤開采的基本工藝    2.3.3  放煤方式    2.3.4　工作面參數(shù)確定  2.4　放頂煤開采的基本理論與工程問題    2.4.1  放頂煤開采的基本理論問題    2.4.2　放頂煤開采的基本工程問題3　放頂煤開采的頂煤破碎與放出理論  3.1　頂煤破碎機(jī)理與運(yùn)移規(guī)律  　3.1.1  頂煤的力學(xué)特征與力場條件　  3.1.2　頂煤的破壞過程描述與分區(qū)　  3.1.3　頂煤的冒落形態(tài)　  3.1.4  改善堅(jiān)硬頂煤冒放性的人工輔助措施　  3.1.5  頂煤破碎過程的損傷力學(xué)描述　3.2　煤體表面裂隙調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析  　3.2.1  裂隙間距D的分布　  3.2.2　裂隙半跡長L的分布　  3.2.3　裂隙傾向的分布　3.3　頂煤冒落的塊度預(yù)測　  3.3.1  生成煤體內(nèi)三維裂隙網(wǎng)絡(luò)　  3.3.2　塊體尺寸計(jì)算　3.4　頂煤放出的橢球體理論  　3.4.1  散體頂煤常用的物理力學(xué)指標(biāo)　  3.4.2　頂煤放出理論　3.5　頂煤放出的散體介質(zhì)流理論  　3.5.1  散體介質(zhì)流理論的理論研究　  3.5.2　散體介質(zhì)流理論的試驗(yàn)研究  　3.5.3　放煤過程的數(shù)值模擬　3.6　頂煤放出率的現(xiàn)場觀測  　3.6.1  頂煤運(yùn)移跟蹤儀的基本原理　  3.6.2　工作面基本條件的觀測  　3.6.3  頂煤運(yùn)移跟蹤儀的現(xiàn)場安裝　  3.6.4　觀測結(jié)果4　放頂煤開采礦山壓力顯現(xiàn)與煤壁穩(wěn)定控制　4.1　綜放采場圍巖力學(xué)系統(tǒng)    4.1.1　煤體的力學(xué)性質(zhì)    4.1.2　垮落矸石的力學(xué)性質(zhì)    4.1.3  直接頂?shù)牧W(xué)性質(zhì)    4.1.4  綜放支架的力學(xué)性質(zhì)  4.2　工作面礦山壓力顯現(xiàn)基本規(guī)律    4.2.1  支承壓力分布    4.2.2  工作面礦壓顯現(xiàn)的基本規(guī)律  4.3　支架工作阻力對煤壁穩(wěn)定的影響　……5　綻放開采頂板宏觀移動的離散元模擬6　工作面支架工作阻力確定7　高瓦斯極軟厚煤層放頂煤開采技術(shù)8　特厚煤層放頂煤開采技術(shù)9　堅(jiān)硬厚煤層綻放開采技術(shù)10　大傾角特厚煤走向長壁放頂煤開采技術(shù)11　大采高開采技術(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1．5．4．1提高煤炭資源回收率厚煤層的儲量與厚度優(yōu)勢，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效提供了基礎(chǔ)條件，但同時(shí)也由于煤層厚度大，很難有一種方法正好開采煤層的全厚，這使厚煤層開采造成了較多的煤炭損失。厚度損失。無論是分層開采，還是大采高開采，往往很難干凈地采出煤層的全厚。分層開采中各分層的劃分，層間的煤皮留設(shè)等都會導(dǎo)致一些煤層厚度上的損失；大采高開采時(shí)，開采高度很難正好與煤層厚度相符，加之開采過程中，煤壁片幫與端面漏冒以及操作不熟練等，往往會人為地降低工作面采高，加快推進(jìn)速度和提高產(chǎn)量，客觀上造成了煤層的厚度損失。當(dāng)煤層厚度變化較大或頂?shù)装宀黄綍r(shí)，更易造成煤層厚度損失。放煤工藝損失。放煤工藝損失是放頂煤開采煤炭損失的主要來源，主要表現(xiàn)在初、末采不放煤、工作面兩端不放煤和正常開采時(shí)的放煤損失。其中初末采和工作面兩端的頂煤損失目前還較難解決，尤其是工作面兩端的頂煤損失更難有效解決。正常開采中的放煤工藝損失，可以通過合理的放煤工藝與參數(shù)適當(dāng)減少，但是也很難有大幅度地減少。這主要與頂煤流動性及頂煤厚度有關(guān)，因此研究確定哪類煤巖條件適合于放頂煤開采和放頂煤開采的合適頂煤厚度是很重要的。其實(shí)放煤過程中頂煤回收率主要與頂煤流動性、頂煤厚度、放煤步距、放煤工藝及頂板條件等有關(guān)。區(qū)段煤柱損失。區(qū)段煤柱損失是厚煤層開采中煤炭損失的重要組成部分。分成開采中，由于上下分層區(qū)段巷道布置與支護(hù)等原因，往往會留設(shè)較大的煤柱，如何回收這部分煤柱資源具有重要意義，放頂煤與大采高開采同樣遇到煤柱留設(shè)及區(qū)段巷道支護(hù)問題，無論是放頂煤還是大采高開采，都會形成全煤巷道，這就給巷道支護(hù)帶來困難。無煤柱或小煤柱護(hù)巷在理論上具有一定的道理，但在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是工作面回采過程中，巷道變形量大，維護(hù)困難。解決區(qū)段煤柱損失的途徑除了減小區(qū)段煤柱寬度、進(jìn)行科學(xué)支護(hù)外，增加工作面長度是可行的方法之一。

編輯推薦

《厚煤層開采理論與技術(shù)》：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）

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