富山矿承压水上开采底板破坏规律研究

发布时间：2017-04-28 13:12

  本文关键词：富山矿承压水上开采底板破坏规律研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭资源是我国的主要能源,在今后一段时期内不可能被取代,但煤层底板突水问题是一直制约着煤矿安全生产的主要因素之一。特别是,我国的浅部煤炭资源已接近枯竭,开采下组煤和深部煤层是今后的必然选择,这样所面临的底板受承压水威胁的问题将日益明显,所以对煤层底板在受采动影响和承压水作用下的破坏规律进行研究更加具有实际意义。论文以富山煤矿的水文地质资料为基础,确定了底板下方的寒武纪灰岩承压含水层为威胁工作面发生突水的含水层;通过考虑煤层底板所受矿压特征及其承压水压力作用,建立底板受力计算模型,根据弹性力学理论和莫尔库伦强度准则,计算出底板内任一点的受力状态和底板破坏深度及范围;通过相似模拟实验,得到了底板在工作面不同推进距离下的垂直应力分布、位移变化及其底板破坏特征,得出底板最大破坏深度;采用FLAC3D模拟在工作面不同推进距离下沿倾向和走向两种不同剖面煤层底板的垂直应力、垂直位移及其塑性区特征,得到底板最大破坏深度;根据理论计算、相似模拟和数值模拟结果,结合富山煤矿21051工作面具体地质条件,采取了对工作面底板进行注浆加固的措施,并利用物探手段进行了验证。研究结论对类似条件下的矿井防治底板突水具有一定参考价值。
【关键词】：底板破坏 理论计算 相似模拟 数值模拟 注浆加固
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD745
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 研究的目的及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 底板突水机理研究现状11-15
• 1.2.2 底板突水模拟研究及监测手段研究15-16
• 1.3 本文研究的主要内容及其技术路线16-18
• 1.3.1 主要研究内容16
• 1.3.2 技术路线16-18
• 2 矿井概况及工作面水文地质条件18-26
• 2.1 矿区自然地理概况18-19
• 2.1.1 井田位置及范围18
• 2.1.2 井田自然地理概况18-19
• 2.2 矿区地质概况19-20
• 2.2.1 煤层19
• 2.2.2 地层19
• 2.2.3 构造特征19-20
• 2.2.4 水文地质20
• 2.3 工作面水文地质条件20-24
• 2.3.1 工作面概况20-21
• 2.3.2 工作面水文地质条件21-24
• 2.4 小结24-26
• 3 煤层底板破坏机理分析26-40
• 3.1 岩石破坏准则26-29
• 3.1.1 岩石破坏类型26-27
• 3.1.2 岩石破坏准则27-28
• 3.1.3 底板破坏所采用的岩石破坏准则28-29
• 3.2 半无限体平面弹性理论29-30
• 3.3 采场底板围岩力学模型建立及其计算30-35
• 3.3.1 采场底板力学模型的建立30-32
• 3.3.2 采场底板岩层中应力计算32-35
• 3.4 煤层底板应力分布规律35-37
• 3.5 煤层底板变形破坏深度的确定37-39
• 3.6 本章小节39-40
• 4 承压水上开采底板破坏规律的相似材料模拟实验研究40-60
• 4.1 相似材料模拟实验简介40
• 4.2 相似模拟实验的原理40-41
• 4.3 相似模拟实验模型的设计41-48
• 4.3.1 模拟目的41
• 4.3.2 相似材料的选取41
• 4.3.3 相似比例的确定41-42
• 4.3.4 相似材料用量计算42-44
• 4.3.5 实验模型台的构建44
• 4.3.6 实验模型的制作及其加载44-46
• 4.3.7 应力测点与位移测点的布置46-47
• 4.3.8 模型观测及其记录47-48
• 4.4 相似模拟实验结果及其分析48-57
• 4.4.1 底板应力变化规律48-51
• 4.4.2 底板垂直位移变化特征51-54
• 4.4.3 底板变形破坏过程及其分布54-57
• 4.5 本章小节57-60
• 5 采场底板应力分布及其破坏特征的数值模拟60-80
• 5.1 概述60
• 5.2 数值计算模型的建立60-64
• 5.2.1 模型构建的基本原则61
• 5.2.2 网格的建立61-62
• 5.2.3 边界初始条件的设置62
• 5.2.4 岩石参数的选取62-63
• 5.2.5 模拟方案的确定63-64
• 5.3 数值模拟结果及其分析64-78
• 5.3.1 不同推进距离下沿工作面倾向方向的变化特征64-71
• 5.3.2 不同推进距离下沿工作面走向剖面的变化特征71-78
• 5.4 本章小结78-80
• 6 工作面突水防治措施80-90
• 6.1 工作面物探结果分析80-82
• 6.1.1 物探的原理及其目的80
• 6.1.2 工作面底板物探结果80-82
• 6.2 底板加固深度的计算82-83
• 6.3 工作面底板注浆堵水改造设计83-87
• 6.3.1 注浆堵水方案总体设计原则83-84
• 6.3.2 钻孔和钻场的布置84
• 6.3.3 工作面底板注浆工艺的确定84-87
• 6.4 底板注浆工程量87
• 6.5 底板注浆效果比较87-88
• 6.6 本章小结88-90
• 7 结论与展望90-92
• 7.1 主要结论90-91
• 7.2 存在问题与展望91-92
• 参考文献92-96
• 作者简历96-98
• 学位论文数据集98

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