论文部分内容阅读
鄂尔多斯侏罗纪煤田是国家级煤炭化工基地，煤层开采条件好，煤质优良，是我国煤炭机械化开采的集中区。生产中，由于煤层硬厚，裂隙不发育，采煤机截割能耗大，截煤块度小，粉煤量过大，造成污染严重，生产安全环境差。基于实际中超前水力压裂技术对硬厚煤层截割性质的改造形成的压裂煤层，本文通过现场研究、实验室实验以及数值模拟分析等综合方法，对压裂煤层综采工作面煤壁的裂隙分布、压裂煤层的截割工艺与参数进行了研究。主要研究内容与取得的结论如下： (1)通过现场测量压裂煤层煤壁的裂隙分布规律，采用分形理论，研究了煤壁裂隙的分形规律，得出压裂煤层煤壁裂隙与分形维数的变化关系；给出了不同压裂煤层条件下煤体物理力学性质参数以及硬煤截割阻抗参数的分形演化规律。 (2)基于煤层压裂模型和采煤机割煤形式分析，建立了压裂煤层截割力学模型；根据压裂煤层截割力学模型简化分析，建立了煤壁截割水平楔入力T和破裂面上撬动力F的计算表达式。采用FLAC3D数值模拟软件，模拟不同压裂煤层条件下，最大截割深度、崩落线的长度及范围的变化趋势。通过数值模拟和理论分析，建立了压裂煤层切削面积表达式，并得出由未压裂区到双排孔压裂区切削面积逐渐增大、块煤率逐渐增大的变化规律。 (3)对压裂煤层综采工作面，从采煤机割煤、滚筒装煤、刮板运输机运煤等综采工艺进行了研究，得出适合压裂煤层的综采进刀方式、采煤机牵引速度、滚筒转速等工艺参数。将研究结果应用于5米采高综采工作面开采实际，研究得到：采煤机的最佳进刀方式为双向割煤端头斜切进刀；采煤机牵引速度优化后的合理取值范围为8.5～9.2m/min，压裂后采煤机的牵引速度比原始煤层提高了3.4%～12.1%，滚筒转速优化后减小到28.78r/min，减小了10.51%。压裂煤层的综采日循环增加1.2刀，工作面块煤率平均提高了18.7%，粉尘浓度降低了约45.4%。