采动条件下底板隐伏陷落柱活化导水模拟研究
发布时间：2021-11-16 06:28
在煤矿生产过程中,陷落柱的存在严重影响着采区和工作面的布置,降低了煤炭采出率,减小了矿井服务年限,威胁着矿井安全生产。据统计在所有矿井突水事故中,陷落柱突水造成的直接经济损失最大。因此研究陷落柱的发育特征和陷落柱突水机理对提高矿井生产安全,合理布置采区和工作面,提高煤炭采出率等有重要的意义。本篇论文主要对底板隐伏陷落柱的活化突水情况进行研究,主要工作和结论如下:（1）结合相关力学知识,研究分析了陷落柱和柱体周边围岩的应力分布及陷落柱在自重、围岩应力、地下水压等条件下的应力分布公式,并推导出陷落柱活化导水的判据和底板隐伏陷落柱活化导水情况下的围岩渗透宽度、周边塑性破坏宽度、巷道底板开采破坏深度,并给出突水判据。（2）运用FLAC 3D数值模拟软件模拟分析了采动条件下底板隐伏陷落柱顶部与工作面底板之间岩层的不同岩性组合及底板隐伏陷落柱在工作面底板的位置对陷落柱活化突水的影响。通过模拟发现:“软硬软硬”和“硬软硬软”组合的阻水性能最好,“软硬软”和“硬软硬”组合次之,“软-硬”和“硬-软”组合的阻水性能相比之下最差,最易发生突水;相同条件下,位于工作面的侧下方的底板隐伏陷落柱比位于工作面的中...
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔｅ?ｍａｐ??
Ｆｉｇ．２．１?ｓｔｒｅｓｓ?ａｎａｌｙｚｉｎｇ?ｏｆ?ｈａｌｆ?ｒｏｏｍａｇｅ?ｂｏｄｙ??乃就是承压水对陷落柱填充物的有效冲击力，力的作用面认为是个平面，??面的上部认为是一个半无限体，如图２．１?（ａ）所示，这个半无限体下部承受均??匀载荷即承压水水力。将这一半无限体上的法向应力设为６，由弹性理论得：??Ｐ，?ｆ（＼－２Ｍ）Ｒ?３ｒ２ｚ??式（２．２６〉??式（２．２７）??３／＾ｚ３??Ｇｚ?＂?２７ｒＲ５?式（２．２８）??式中，ｚ?柱坐标Ｚ轴坐标值；ｒ——水平轴向长度，大小等于；??Ｒ——空间长度，大小等于％／ｒ２＋ｚ２??上式可以用叠加法处理。见图２？丨（ｂ），对半无限体内一点Ａ坐标为（ｒ，ｚ），??其在表面的投影为Ｍ，取微分面积＝?ｓ办／Ａ，可得Ａ点应力：??°■，笔式（１２９）??Ｐ．?ｒｒＪ＼－２／ｕ）?３ｒ２ｚ?
内的填充物的隔水性能不强或发生剪切破坏而引发活化导水。??２．２．１陷落柱与围岩发生相互错动而活化导水判据??对于这一条件下的活化导水，我们可以采用极限平衡原理来研究，如图２．２??所示，圆柱形陷落柱，圆面周长／，胶结层厚度为仏胶结层下表面与地面的距??离为Ｉ，ｉ？是边界单元面上的极限垂直剪切应力。??Ｖ—?—??Ｚ??ｈ??图２．２柱体剪切应力图??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｈｅａｒ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ?ｏｎ?ｋａｒｓｔ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?ｃｏｌｕｍｎ??根据库伦准则公式可得：??ｒ?＝?ｃ?＋?ｃｒｒｔａｎ＾?式（２．３９）??式中，ｃ——泥石胶结层与围岩的粘聚力；彡——内摩擦角。??则柱体边界上的抗剪力为：??Ｑ?＝?ｃｌｈ?＋?ａｒｌｈｉｍ＜ｔ＞?式（２．４０）??陷落柱受到底部承压水向上的力Ｐ。，若柱体和顶部岩层的重力为％??承压水作用界面面积为＆那么承压水作用界面上的载荷为??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]采煤工作面过陷落柱技术[J]. 许佳庆. 机械管理开发. 2017(09)
[2]矿井顶板涌水预测方法及发展趋势（英文）[J]. 张文泉,李波,高兵. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]底板导水裂隙带中含承压水裂隙的力学特性[J]. 马锋凯,肖洪天. 地质与勘探. 2017(05)
[4]开采扰动下贯穿陷落柱突水的数值模拟[J]. 王逸鸣,马丹. 煤炭技术. 2017(08)
[5]倾斜煤层底板破坏深度主控因素敏感性分析[J]. 李可,张进红. 煤矿安全. 2017(05)
[6]采煤工作面内隐伏陷落柱的综合探测与治理技术[J]. 于绍波,李昭水,姜化举,孙柏成. 矿业安全与环保. 2017(01)
[7]基于GIS的突水系数法评价新技术及其应用[J]. 刘守强,武强,曾一凡,李哲,宫厚健,张毅. 煤炭工程. 2016(S2)
[8]Protection against water or mud inrush in tunnels by grouting:A review[J]. Shucai Li,Rentai Liu,Qingsong Zhang,Xiao Zhang. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016(05)
[9]斯列萨列夫公式在矿井水害防治中的应用分析[J]. 杨志斌. 煤矿安全. 2016(09)
[10]Study on “triangle” water-inrush mode of strong water-guide collapse column[J]. 李振华,冯国瑞,翟常治. Journal of Central South University. 2016(09)
博士论文
[1]矿井深部煤层底板采动效应的岩体结构控制机理研究[D]. 翟晓荣.安徽理工大学 2015
[2]陷落柱活化导水机理研究[D]. 许进鹏.山东科技大学 2006
硕士论文
[1]太灰疏放对陷落柱活化导水的影响及监测预警[D]. 张迪.中国矿业大学 2016
[2]深部煤层开采底板破坏特征研究[D]. 李锋.河北工程大学 2012
[3]遗传算法和BP神经网络在煤矿突水预测中的应用研究[D]. 乔育锋.西安建筑科技大学 2011
本文编号：3498330
【文章来源】：山东科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１技术路线图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ?ｒｏｕｔｅ?ｍａｐ??
Ｆｉｇ．２．１?ｓｔｒｅｓｓ?ａｎａｌｙｚｉｎｇ?ｏｆ?ｈａｌｆ?ｒｏｏｍａｇｅ?ｂｏｄｙ??乃就是承压水对陷落柱填充物的有效冲击力，力的作用面认为是个平面，??面的上部认为是一个半无限体，如图２．１?（ａ）所示，这个半无限体下部承受均??匀载荷即承压水水力。将这一半无限体上的法向应力设为６，由弹性理论得：??Ｐ，?ｆ（＼－２Ｍ）Ｒ?３ｒ２ｚ??式（２．２６〉??式（２．２７）??３／＾ｚ３??Ｇｚ?＂?２７ｒＲ５?式（２．２８）??式中，ｚ?柱坐标Ｚ轴坐标值；ｒ——水平轴向长度，大小等于；??Ｒ——空间长度，大小等于％／ｒ２＋ｚ２??上式可以用叠加法处理。见图２？丨（ｂ），对半无限体内一点Ａ坐标为（ｒ，ｚ），??其在表面的投影为Ｍ，取微分面积＝?ｓ办／Ａ，可得Ａ点应力：??°■，笔式（１２９）??Ｐ．?ｒｒＪ＼－２／ｕ）?３ｒ２ｚ?
内的填充物的隔水性能不强或发生剪切破坏而引发活化导水。??２．２．１陷落柱与围岩发生相互错动而活化导水判据??对于这一条件下的活化导水，我们可以采用极限平衡原理来研究，如图２．２??所示，圆柱形陷落柱，圆面周长／，胶结层厚度为仏胶结层下表面与地面的距??离为Ｉ，ｉ？是边界单元面上的极限垂直剪切应力。??Ｖ—?—??Ｚ??ｈ??图２．２柱体剪切应力图??Ｆｉｇ．２．２?Ｓｈｅａｒ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ?ｏｎ?ｋａｒｓｔ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?ｃｏｌｕｍｎ??根据库伦准则公式可得：??ｒ?＝?ｃ?＋?ｃｒｒｔａｎ＾?式（２．３９）??式中，ｃ——泥石胶结层与围岩的粘聚力；彡——内摩擦角。??则柱体边界上的抗剪力为：??Ｑ?＝?ｃｌｈ?＋?ａｒｌｈｉｍ＜ｔ＞?式（２．４０）??陷落柱受到底部承压水向上的力Ｐ。，若柱体和顶部岩层的重力为％??承压水作用界面面积为＆那么承压水作用界面上的载荷为??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]采煤工作面过陷落柱技术[J]. 许佳庆. 机械管理开发. 2017(09)
[2]矿井顶板涌水预测方法及发展趋势（英文）[J]. 张文泉,李波,高兵. 山东科技大学学报(自然科学版). 2017(06)
[3]底板导水裂隙带中含承压水裂隙的力学特性[J]. 马锋凯,肖洪天. 地质与勘探. 2017(05)
[4]开采扰动下贯穿陷落柱突水的数值模拟[J]. 王逸鸣,马丹. 煤炭技术. 2017(08)
[5]倾斜煤层底板破坏深度主控因素敏感性分析[J]. 李可,张进红. 煤矿安全. 2017(05)
[6]采煤工作面内隐伏陷落柱的综合探测与治理技术[J]. 于绍波,李昭水,姜化举,孙柏成. 矿业安全与环保. 2017(01)
[7]基于GIS的突水系数法评价新技术及其应用[J]. 刘守强,武强,曾一凡,李哲,宫厚健,张毅. 煤炭工程. 2016(S2)
[8]Protection against water or mud inrush in tunnels by grouting:A review[J]. Shucai Li,Rentai Liu,Qingsong Zhang,Xiao Zhang. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016(05)
[9]斯列萨列夫公式在矿井水害防治中的应用分析[J]. 杨志斌. 煤矿安全. 2016(09)
[10]Study on “triangle” water-inrush mode of strong water-guide collapse column[J]. 李振华,冯国瑞,翟常治. Journal of Central South University. 2016(09)
博士论文
[1]矿井深部煤层底板采动效应的岩体结构控制机理研究[D]. 翟晓荣.安徽理工大学 2015
[2]陷落柱活化导水机理研究[D]. 许进鹏.山东科技大学 2006
硕士论文
[1]太灰疏放对陷落柱活化导水的影响及监测预警[D]. 张迪.中国矿业大学 2016
[2]深部煤层开采底板破坏特征研究[D]. 李锋.河北工程大学 2012
[3]遗传算法和BP神经网络在煤矿突水预测中的应用研究[D]. 乔育锋.西安建筑科技大学 2011
本文编号：3498330
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