【摘 要】
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工作面片帮、冒顶给煤矿安全生产带来巨大威胁,严重影响着工作面的推进速度和产量。松散厚煤层由于煤体松软且开采高度较大,开采过程中工作面前方煤体裂隙发育、煤壁片帮冒顶更为严重。因此,开展松散厚煤层工作面煤壁注水防片帮机理及工程应用研究,对保障松散厚煤层工作面安全生产,具有重要的工程价值和现实意义。论文以淮北矿业集团芦岭煤矿Ⅲ811松散厚煤层工作面为工程研究背景,综合运用室内试验、理论分析、数值模拟及现
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工作面片帮、冒顶给煤矿安全生产带来巨大威胁,严重影响着工作面的推进速度和产量。松散厚煤层由于煤体松软且开采高度较大,开采过程中工作面前方煤体裂隙发育、煤壁片帮冒顶更为严重。因此,开展松散厚煤层工作面煤壁注水防片帮机理及工程应用研究,对保障松散厚煤层工作面安全生产,具有重要的工程价值和现实意义。论文以淮北矿业集团芦岭煤矿Ⅲ811松散厚煤层工作面为工程研究背景,综合运用室内试验、理论分析、数值模拟及现场监测等方法,对Ⅲ811松散厚煤层工作面煤壁注水防片帮机理及工程应用进行研究。主要包括:（1）利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜,分析了Ⅲ811松散厚煤层矿物组分和微观形态。Ⅲ811工作面煤层内存在大量粘土矿物高岭石,其具有质软、强吸水性和吸水易膨胀的特点,具有良好的可塑性和较高的粘接性。同时,煤层内存在较多微小裂隙,煤粉颗粒较多,自然含水率较低,为Ⅲ811松散厚煤层工作面通过注水防治煤壁片帮提供了可行性。（2）通过煤样单轴抗压强度和抗剪强度试验,研究了不同含水率煤样单轴抗压强度、峰值应力对应应变与含水率的关系以及抗剪强度、内聚力、内摩擦角与含水率的关系。煤样抗压强度随含水率的增加呈缓慢下降趋势,而峰值应力对应应变则呈先增加后下降的趋势;煤样抗剪强度和峰值应力对应应变随含水率的增加呈先增大后减小的趋势,煤样内聚力和内摩擦角随含水率的增加呈先上升后下降的趋势。综合考虑煤样抗压抗剪强度、峰值应力对应应变、内聚力、内摩擦角与含水率的变化规律,确定了Ⅲ811松散厚煤层工作面煤壁注水防片帮的最佳含水率。（3）依据工作面超前支承压力分布规律,建立了Ⅲ811松散厚煤层工作面煤体变形破坏及煤壁片帮力学模型,采用Mohr-Coulomb准则,推导了松散厚煤层工作面前方煤体破裂区、塑性区范围的表达式,分析了破裂区、塑性区宽度与煤体内聚力、内摩擦角、护帮力、采高、采深等参数的关系,为Ⅲ811松散厚煤层煤壁注水参数（注水孔深度）的确定提供理论依据。（4）依据Ⅲ811松散厚煤层工作面的地质条件,利用Comsol数值计算软件,模拟分析了注水孔间距、注水压力、注水位置（孔口与孔底）、注水时间等影响煤层注水效果的因素,并分析了其影响规律,为Ⅲ811松散厚煤层煤壁注水最佳物理参数的确定提供理论依据。（5）基于室内试验、理论分析、数值模拟及现场监测结果,设计了Ⅲ811松散厚煤层工作面煤壁浅孔高压注水方案及注水参数,包括注水孔间距、注水孔位置、注水孔倾角、注水孔个数、注水孔深度、注水时间、注水压力等,并进行了煤壁浅孔高压注水防片帮工程实践。当煤层在达到最佳含水率时,Ⅲ811工作面支架工作阻力较注水之前均有所降低,工作面煤壁片帮问题得到较好控制。图[54]表[9]参[80]
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