近距离上保护层重复采动卸压规律研究
发布时间：2021-07-29 19:56
在区域防突措施中,开采保护层是防治煤与瓦斯突出的第一选择。上保护层开采后,采空区顶（底）板附近煤岩体发生移动和变形。在被保护层附近会产生一定范围的卸压区。卸压区内煤层吸附瓦斯解吸,为卸压瓦斯抽采提供了绝佳时机。本文利用COMSOL Multiphysics软件对东联煤矿上保护层开采情况进行数值模拟研究,对10号、12号煤层重复采动后被保护层（13号煤层）的卸压效果进行了现场考察。COMSOL Multiphysics数值模拟结果表明:上保护层重复采动后,卸压角增大,保护范围明显增大。在走向方向上,重复采动后,保护层卸压角由48.1°增大到50.1°,在倾向方向上,倾向方向上侧卸压角由50.7°增大到80.5°,倾向方向下侧卸压角由72.3°增大到80.5°。10号煤层开采后,被保护层垂直变形呈“W”型,重复采动后,被保护层垂直变形呈“波浪”型。开展了东联煤矿重复采动卸压效果的影响因素的数值模拟研究,研究结果表明:随着开采深度由263.6 m增加到363.6 m,最后增加到463.6 m,被保护层膨胀变形率的最大峰值由5.06‰增加到6.82‰,最后增加到8.57‰,保护范围逐渐增大。随...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
网格划分图
3重复采动卸压效果及规律13模型需要设置边界条件，在模型左右两侧设置为辊支撑，即为左右方向上的位移为零，上下方向上位移不受限制，底部边界设置指定位移x方向和y方向上位移都为零，即为固定约束。模型上部设置载荷边界条件，载荷的大小由计算公式得出。按照自重应力计算上覆载荷，计算公式如下：zhgh式中：z-垂直原岩应力，MPa；h-上部边界离地表距离，mγ-上覆岩层平均容重，N/m3；g-重力加速度，取值9.8m/s2；ρ-岩土层平均密度，取2500Kg/m3;东联煤矿10号煤层埋深取值为163.6m，h=163.6-34.28=129.32m，即上部边界施加的垂直载荷为z=hgh129.3225009.83.17Mpa。在载荷类型中选择单位面积力，其值为3.17MPa。建立保护层开采模型的过程中，我们提前添加了重力域，添加到了全局中去，为了模拟静态状态下煤岩体的原始位移，这样一来可以保证数值模拟的准确性。然后在开采的时候采用引入静态状态下的外部应力，这样的模拟结果更加准确直接，便于直接对模拟结果进行分析。数值模型网格划分图，静态状态下应力分布图，位移等值线图，如图3-3~图3-5所示：(a)走向(b)倾向图3-3网格划分图Figure3-3Meshingdiagram(a)走向(b)倾向图3-4静态下应力分布图Figure3-4Stressdistributionofstaticstate
工程硕士专业学位论文14由静态下的应力分布图可以看出：在静态状态下，走向方向上，应力随埋深的增加而增加，下方的煤岩体颜色更深。在倾向方向上，下方的煤岩体颜色更深，说明由于重力的作用，导致下方煤体的垂直应力更大，也符合岩土体的受力规律。(a)走向(b)倾向图3-5静态下应力等值线图Figure3-5Stresscontourofstaticconditions由静态下的应力等值线图可以看出：在静态状态下，走向方向上，应力等值线呈水平分布，说明在水平方向上受力相同。在倾向方向上，应力等值线基本呈水平分布，符合岩土体的受力规律。3.1.212号煤层开采数值模拟为了进行数值模拟计算，首先要建立几何模型，根据东联煤矿的综合柱状图，结合各个煤岩层的基本物理参数，建立了沿走向和倾向方向上的两个重复采动模型。该模型是在10号煤层开挖之后的基础上建立，在走向模型中，宽度为200m，高度为100m，在倾向模型中，宽度为200m，高度为120m。相对修补容差:1e-6。在走向和倾向的模型中，为了模拟开采不同距离时重复采动后的卸压规律，制定了四个不同的开采距离，分别为40m，60m，80m和100m。如图3-6所示，(a)走向(b)倾向图3-6重复采动数值模型图Figure3-6Numericalmodelofrepeatedmining在重复采动模型的建立中，煤岩体的基本物理参数都与10煤层开采模型一致。依据东联煤矿10号煤层的埋深，按照自重应力公式的计算得出3.17MPa，在COMSOL中载荷类型中选择单位面积力，大小为3.17MPa。
【参考文献】：
期刊论文
[1]保护层开采卸压增透效应及其定量表征方法研究[J]. 李圣伟,高明忠,谢晶,谭强,邱治强. 四川大学学报(工程科学版). 2016(S1)
[2]煤层群保护层开采研究的现状与趋势[J]. 李洪生,李树清,谭玉林. 矿业工程研究. 2015(03)
[3]吸附气体对突出煤渗流特性的影响[J]. 姜德义,袁曦,陈结,蒋翔,范金洋,任松,李林. 煤炭学报. 2015(09)
[4]含瓦斯煤岩围压卸荷瓦斯渗流及电荷感应试验研究[J]. 潘一山,罗浩,李忠华,赵扬锋,肖晓春. 岩石力学与工程学报. 2015(04)
[5]煤岩渗透率对孔隙压力变化响应规律的试验研究[J]. 许江,曹偈,李波波,周婷,李铭辉,刘东. 岩石力学与工程学报. 2013(02)
[6]千米深井保护层开采对下部巷道稳定性影响分析[J]. 吴俊浩,靖洪文,苏海健. 煤炭科学技术. 2012(06)
[7]卸压开采损伤煤岩气体渗透率试验研究[J]. 涂敏,付宝杰,缪协兴. 实验力学. 2012(02)
[8]保护层开采效果测评指标及应用研究[J]. 王志亮,杨仁树,张跃兵. 中国安全科学学报. 2011(10)
[9]远程采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动气固耦合动力学模型及其应用研究[J]. 刘洪永. 煤炭学报. 2011(07)
[10]上保护层开采卸压数值模拟与保护效果考察[J]. 杨柳. 煤矿安全. 2011(07)
博士论文
[1]保护层开采过程中卸载煤体损伤及渗透性演化特征研究[D]. 陈海栋.中国矿业大学 2013
[2]近距离煤层群保护层开采瓦斯立体抽采防突理论与实验研究[D]. 汪东生.中国矿业大学 2009
[3]巨厚火成岩下远程卸压煤岩体裂隙演化与渗流特征及在瓦斯抽采中的应用[D]. 王亮.中国矿业大学 2009
[4]采场下伏煤岩体卸压作用原理及在被保护层卸压瓦斯抽采中的应用[D]. 王海锋.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]下保护层开采卸压范围及卸压程度的研究[D]. 李明好.安徽理工大学 2005
本文编号：3309955
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
网格划分图
3重复采动卸压效果及规律13模型需要设置边界条件，在模型左右两侧设置为辊支撑，即为左右方向上的位移为零，上下方向上位移不受限制，底部边界设置指定位移x方向和y方向上位移都为零，即为固定约束。模型上部设置载荷边界条件，载荷的大小由计算公式得出。按照自重应力计算上覆载荷，计算公式如下：zhgh式中：z-垂直原岩应力，MPa；h-上部边界离地表距离，mγ-上覆岩层平均容重，N/m3；g-重力加速度，取值9.8m/s2；ρ-岩土层平均密度，取2500Kg/m3;东联煤矿10号煤层埋深取值为163.6m，h=163.6-34.28=129.32m，即上部边界施加的垂直载荷为z=hgh129.3225009.83.17Mpa。在载荷类型中选择单位面积力，其值为3.17MPa。建立保护层开采模型的过程中，我们提前添加了重力域，添加到了全局中去，为了模拟静态状态下煤岩体的原始位移，这样一来可以保证数值模拟的准确性。然后在开采的时候采用引入静态状态下的外部应力，这样的模拟结果更加准确直接，便于直接对模拟结果进行分析。数值模型网格划分图，静态状态下应力分布图，位移等值线图，如图3-3~图3-5所示：(a)走向(b)倾向图3-3网格划分图Figure3-3Meshingdiagram(a)走向(b)倾向图3-4静态下应力分布图Figure3-4Stressdistributionofstaticstate
工程硕士专业学位论文14由静态下的应力分布图可以看出：在静态状态下，走向方向上，应力随埋深的增加而增加，下方的煤岩体颜色更深。在倾向方向上，下方的煤岩体颜色更深，说明由于重力的作用，导致下方煤体的垂直应力更大，也符合岩土体的受力规律。(a)走向(b)倾向图3-5静态下应力等值线图Figure3-5Stresscontourofstaticconditions由静态下的应力等值线图可以看出：在静态状态下，走向方向上，应力等值线呈水平分布，说明在水平方向上受力相同。在倾向方向上，应力等值线基本呈水平分布，符合岩土体的受力规律。3.1.212号煤层开采数值模拟为了进行数值模拟计算，首先要建立几何模型，根据东联煤矿的综合柱状图，结合各个煤岩层的基本物理参数，建立了沿走向和倾向方向上的两个重复采动模型。该模型是在10号煤层开挖之后的基础上建立，在走向模型中，宽度为200m，高度为100m，在倾向模型中，宽度为200m，高度为120m。相对修补容差:1e-6。在走向和倾向的模型中，为了模拟开采不同距离时重复采动后的卸压规律，制定了四个不同的开采距离，分别为40m，60m，80m和100m。如图3-6所示，(a)走向(b)倾向图3-6重复采动数值模型图Figure3-6Numericalmodelofrepeatedmining在重复采动模型的建立中，煤岩体的基本物理参数都与10煤层开采模型一致。依据东联煤矿10号煤层的埋深，按照自重应力公式的计算得出3.17MPa，在COMSOL中载荷类型中选择单位面积力，大小为3.17MPa。
【参考文献】：
期刊论文
[1]保护层开采卸压增透效应及其定量表征方法研究[J]. 李圣伟,高明忠,谢晶,谭强,邱治强. 四川大学学报(工程科学版). 2016(S1)
[2]煤层群保护层开采研究的现状与趋势[J]. 李洪生,李树清,谭玉林. 矿业工程研究. 2015(03)
[3]吸附气体对突出煤渗流特性的影响[J]. 姜德义,袁曦,陈结,蒋翔,范金洋,任松,李林. 煤炭学报. 2015(09)
[4]含瓦斯煤岩围压卸荷瓦斯渗流及电荷感应试验研究[J]. 潘一山,罗浩,李忠华,赵扬锋,肖晓春. 岩石力学与工程学报. 2015(04)
[5]煤岩渗透率对孔隙压力变化响应规律的试验研究[J]. 许江,曹偈,李波波,周婷,李铭辉,刘东. 岩石力学与工程学报. 2013(02)
[6]千米深井保护层开采对下部巷道稳定性影响分析[J]. 吴俊浩,靖洪文,苏海健. 煤炭科学技术. 2012(06)
[7]卸压开采损伤煤岩气体渗透率试验研究[J]. 涂敏,付宝杰,缪协兴. 实验力学. 2012(02)
[8]保护层开采效果测评指标及应用研究[J]. 王志亮,杨仁树,张跃兵. 中国安全科学学报. 2011(10)
[9]远程采动煤岩体变形与卸压瓦斯流动气固耦合动力学模型及其应用研究[J]. 刘洪永. 煤炭学报. 2011(07)
[10]上保护层开采卸压数值模拟与保护效果考察[J]. 杨柳. 煤矿安全. 2011(07)
博士论文
[1]保护层开采过程中卸载煤体损伤及渗透性演化特征研究[D]. 陈海栋.中国矿业大学 2013
[2]近距离煤层群保护层开采瓦斯立体抽采防突理论与实验研究[D]. 汪东生.中国矿业大学 2009
[3]巨厚火成岩下远程卸压煤岩体裂隙演化与渗流特征及在瓦斯抽采中的应用[D]. 王亮.中国矿业大学 2009
[4]采场下伏煤岩体卸压作用原理及在被保护层卸压瓦斯抽采中的应用[D]. 王海锋.中国矿业大学 2008
硕士论文
[1]下保护层开采卸压范围及卸压程度的研究[D]. 李明好.安徽理工大学 2005
本文编号：3309955
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