基于颗粒流软件深部软弱煤岩巷道松动圈规律研究

发布时间：2017-11-28 12:01

  本文关键词：基于颗粒流软件深部软弱煤岩巷道松动圈规律研究

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【摘要】：煤矿开采日益加深,到达深部后软弱煤岩巷道松动破碎后更加难以支护。本文以深部软弱煤岩巷道在高地应力下松动圈规律作为研究对象。通过颗粒流软件数值模拟确定煤岩物理力学细观参数。进行了不同侧压比、不同应力水平、不同巷道断面、多因素、多水平的建模。并监测模型帮部和顶部的应力、位移值。经过后处理并结合模型松动破碎图总结了松动圈扩展变化规律,松动圈形态特征规律,松动圈分区破坏特征,松动圈深度判别方法。随着开采深度的增加,巷道围岩松动圈不断扩展。但埋深在临界深度以上的巷道围岩松动圈深度较小,巷道发生松动破坏后围岩可以继续保持稳定。当埋深在临界深度以下的巷道围岩发生松动破坏后,巷道松动圈深度大幅增加,在围岩发挥自身承载力后仍不能保持稳定。在没有支护的条件下,巷道将会变形至趋于闭合。由模拟得到的结果,可以推测当巷道处在的应力场中等效应力大于等于岩石单轴抗压强度时。则此巷道所处深度为临界深度,其以下部分为深部区域。松动圈形态取决于地应力场侧压比和巷道所处的深度。当巷道深度在临界深度之上时,巷道帮部松动圈深度和顶部松动圈深度之比接近侧压比的倒数;当巷道深度在临界深度之下时,巷道帮部松动圈深度加距巷道中心距离和顶部松动圈深度加距巷道中心距离之比接近于侧压比倒数。即侧压比不等于一时,松动圈形状为椭圆形,椭圆形长轴与最小地应力方向平行。围岩在松动圈长轴端产生大量剪切斜向裂纹,在短轴端产生大量环向裂纹;侧压比等于一时松动圈形状为圆形,只有少量剪切裂纹和环形裂纹。当巷道在临界深度以下时,由于重力作用顶部松动圈深度将比底部深度大。松动圈表现为整体上移。当巷道处于临界深度以下时,围岩松动圈中易形成分区破碎情况。在应力图中表现为松动圈区间内一段区域径向应力先减小后增加,环向应力先增大后减小。即径向应力曲线为凹线形,环向应力曲线为凸线形。以此辨别松动圈中分区破碎的发生。松动圈深度判别方法与临界深度有关。当巷道深度在临界深度之上时,松动圈破碎范围小,通过应力图无法得到准确的范围值。宜采用不同点的位移量判别松动圈大小。各点位移量出现拐点处深度即为松动圈深度;当巷道深度在临界深度之下时,松动圈破碎范围大,尤其是发生分区破坏后。未破坏的区域岩体影响其后松动体的位移。对此宜采用测量不同点的应力值判别。当围岩应力到达或超过的点即为出了松动圈范围。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD32

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本文编号：1233870