1绪论
1.1课题来源、选题依据背景情况
我国对于能源的需求，自上世纪末期就开始日益增长。在我国当前的能源结构中，煤炭作为主要能源存在，国家虽然提出调整能源结构，鼓励使用清洁能源，减少煤炭使用量，但是规划中煤炭仍将是最主要能源。因此，煤炭资源在化石能源中占据着非常重要的地位。随着煤炭开采朝着深部发展，高地应力、高地温、厚硬顶板等复杂条件下的煤层开采日益成为煤层开采，尤其是中东部地区煤层开采的主要工作。坚硬顶板是指强度高、厚度大、节理裂隙不发育或发育差、整体性强、自承能力强的岩层[2]。我国煤层赋存条件复杂，煤矿开采釆场上覆岩层中经常碰到厚硬顶板，属于坚硬顶板的煤层大约占三分之一左右，并且分布在一半以上的矿区[3]。随着综釆机械化采煤技术的发展，约有57%的综采工作面属于来压强烈的坚硬板，特别是有薄层直接顶（厚度<2m)的坚硬顶板工作面分布更广。如我国山西大同、内蒙、北京等矿区的许多矿井，采场上覆岩层中均存在硬厚顶板。硬厚顶板在开采过程中大面积悬露，冒落时矿压显现剧烈，若事前处理不当，往往造成严重后果。属于坚硬顶板的工作面，在煤层开采后顶板不能随釆随冒，在釆空区形成大面积悬顶,初次垮落步距一般大于40m,顶板初次冒落的面积一般在3000m2以上，周期冒落面积也在1500m2以上。煤层开采后，由于老顶跨度大，老顶来压前，煤壁内压力大，煤帮变形与片帮现象严重。当悬顶面积超过顶板极限跨距时，顶板断裂而突然冒落，由于岩层折断时产生的强烈动载荷会损坏或推倒支架[4]。另外极易引起冲击地压及厢风，严重时甚至摧毁工作面及临近巷道的设备，造成设备损坏及人员伤亡。尤其在大采高条件下，顶板突然冒落时挤出的空气量更大，破坏力更强。
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1.2课题研究的目的
针对坚硬顶板采场来压步距大、来压强烈的问题，本课题将结合新集二矿210108工作面地质条件，理论、实践相结合研究厚硬砂岩顶板条件下综采工作面的顶板弱化破坏特征、矿压显现规律。提出合理的与该工作面相适应的的顶板控制技术，优化顶板弱化参数，通过控制顶板有效的减小顶板的跨落步距、降低来压强度保证工作面顺利回釆。分析总结顶板弱化后对矿压显现规律的影响，并为同组煤层顶板控制提供参考依据。
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1.3国内外研究动态、水平
厚硬顶板具有厚度大、整体性强的、强度高的特点，往往由结构致密的砂岩、碌岩组成，它具有抗压强度高（一般为60-200MPa)、弹性模量高（往往达20-40GPa)的岩性特点。厚硬顶板在世界各主要产煤国均有分布，各国均针对坚硬顶板煤层开采及顶板控制进行了广泛的研究。
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3深孔爆破弱化机理分析及方案设计......... 20
3.1深部岩体松动爆破机理 .........20
3.2厚硬顶板强制放顶方式......... 26
3.3高应力条件下超前深孔松动爆破参数设计......... 29
3.4厚硬顶板超前深孔爆破方案分析......... 31
3.5小结......... 35
4坚硬顶板深孔爆破的数值模拟......... 36
4.1离散元软件3dec介绍......... 36
4.2 210108工作面简介......... 37
4.3数值模拟模型建立......... 37
4.4数值模拟计算结果分析......... 39
4.5 小结......... 53
5深孔预裂爆破弱化方案的工程应用......... 55
5.1工作面矿压观测的目的和研究方案......... 55
5.1. 1矿山压力观测的目的......... 55
5.1. 2矿山压力观测的方案......... 55
5.2工作面矿压实测分析......... 56
5.3爆破方案适应性分析 .........77
5.4小结......... 78
5深孔预裂爆破弱化方案的工程应用
5.1工作面矿压观测的目的和研究方案
由矿领导和相关技术部门成立领导小组，负责整个观测的组织领导，协调各方面工作。由矿有关技术人员和安徽理工大学能源学院共同组成矿压观测小组，负责日常观测工作。小组由4?6人组成，分班进行相关内容的观测。在工作面每隔10架选定一监测液压支架，安装支架压力建立一通讯分站，由电话线（或光纤）将数据传到地面监测系统主机，进行数据管理，最后经计算机进行数据处理和显示。或者在井下通讯分站后，接入工作面管理工作站的显示屏，进行数据显示和査询。观测仪器采用天地科技股份有限公司的CDW-60型支架压力记录仪主要用来监测综采工作面支架工作阻力，该仪器采用先进的钢弦式传感器，钢弦传感器与其它类型的传感器（如应变片，压阻式等）相比具有坚固耐用、可靠稳定、防潮防震、寿命长、频率信号输出、能够长距离传输而不会由于电缆电阻，接触电阻变化引起明显的衰减等特点，特别适合于煤矿井下潮湿、有爆炸性气体等恶劣环境下使用。
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结论
本文运用理论分析、3DEC数值模拟以及现场实测相结合的方法对厚硬顶板的控制进行了研究，得出了以下结论：
1.该工作面厚硬顶板力学模型符合岩板模型，厚硬顶板初次来压时，最大弯矩发生在长边的中部，长边中部的最大主应力为拉应力，岩板发生拉断破坏。周期来压时，最大弯矩发生在固支长边的中部，顶板破断形式与初期来压相同。
2.对深部岩体深孔爆破时，岩石爆破后，炮孔周围岩石的破坏区域可以划分为压碎区、裂隙区、震动区。在计算相应区域的分布范围的时候，应该充分考虑原岩应力的影响。在深部岩体的高应力条件下，岩石相对难爆，破坏范围叫低应力条件小。
3.深孔松动爆破综合考虑各方面影响因素，以达到理想的弱化效果。但对爆破效果影响较大的炮孔参数为主要参数。在设计爆破方案的时候，通过调整主要参数可达到预定的爆破效果。
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参考文献（略）