大安山煤矿深部急倾斜软底煤巷失稳机理与支护研究
本文选题:急倾斜煤层 切入点:软底结构 出处:《辽宁工程技术大学》2015年博士论文
【摘要】:巷道围岩控制问题一直是影响煤矿安全高效生产的主要技术问题之一,尤其是深部高应力环境下,煤矿软岩巷道支护问题愈加严重。大安山井田褶曲构造发育,地质条件复杂,在急倾斜区域的煤层底板存在强度低、膨胀性强的泥质砂岩层,给巷道支护带来了极大的困难,因此,针对高应力条件下急倾斜硬顶软底的煤岩结构特征,揭示其失稳机理,建立科学有效的支护体系具有重要的理论意义和实际应用价值。论文主要对井田地应力分布、(?)物理力学参数、底板软岩矿物组成和膨胀性等特征进行了测试,确定了应力场的分布规件 明确了底板软岩的成分组成及其强膨胀性特征;通过相似材料模拟和数值模拟,得出了软底急倾斜煤层巷道围岩应力场和位移场的演化规律,巷道围岩最大底鼓量随着应力水平的增加呈指数关系增长,并随着侧压系数的增加呈对数关系递增;巷道围岩帮部最大位移与应力水平呈跳跃式递增,随着侧压系数的增大,呈对数关系递增;最大水平应力的集中程度随着应力水平和侧压系数的增加呈线性关系增长;对大安山煤矿急倾斜区域煤岩进行了蠕变实验研究,选取能够反映岩石粘弹塑性变形的cvisc模型反映软岩的蠕变行为,利用MATLAB平台,编写了基于模式搜索和非线性最小二乘算法的参数辨识程序,确定了蠕变模型参数,建立了蠕变参数与应力水平和围压的动态模型,获得了软岩在不同应力水平和围压条件下的蠕变演化规律;给出了基于FLAC3D数值平台的cvisc蠕变差分格式,对急倾斜软底煤层巷道蠕变控制效果进行了数值仿真,确定了巷道围岩合理的支护阻力和最佳二次支护时机;针对大安山煤矿单斜2槽煤层赋存特征,揭示了高应力条件下软底急倾斜煤层巷道失稳机理,建立了巷道围岩控制技术体系。确定了以巷道围岩整体控制、关键部位梁式补强为技术核心的初次支护方案,以控制软岩结构蠕变失稳为核心的二次支护方案,并通过现场工业性实验验证了方案的合理性。
[Abstract]:Tunnel control problem has been one of the main technical problems of safety production in coal mines, especially in deep high stress environment, soft rock roadway in coal mine. The problem is more serious in Da'anshan mine fold development, complex geological conditions, the coal floor in steep area problems of low strength, expansion of clay strong rock sand, to the roadway has brought great difficulties, therefore, aiming at the high stress conditions of steep coal roof rock structure character of soft bottom, reveal the instability mechanism, established has important theoretical significance and practical application value of scientific and effective support system. This paper mainly the in-situ stress the distribution of (?) physical and Mechanical parameters of soft rock and mineral composition, floor expansion characteristics were tested to determine the distribution of stress field of the composition and strong floor soft rock expansive characteristic; through similar Simulation and numerical simulation of materials, the soft bottom of steep seam roadway surrounding rock stress field and displacement field evolution, the maximum amount of floor heave of roadway surrounding rock with exponentially increasing force levels, and with a logarithmic relationship between increasing lateral pressure coefficient; surrounding rock displacement and stress for the maximum level is jump increases, with the increase of lateral pressure coefficient, by logarithm relationship; degree of concentration of the maximum horizontal stress should be linearly increased with the stress level and the lateral pressure coefficient of Da'anshan coal mine; steep area coal rock creep experiments were carried out, which can reflect the selection of rock viscoelastic plastic deformation model of cvisc reflect the creep behavior of soft rock, using MATLAB platform, write the parameter identification program and pattern search based on nonlinear least squares algorithm, the parameters of the creep model, a creep. The number and dynamic model of stress and confining pressure, soft rock creep stress level and confining pressure under the condition of evolution in different; given the cvisc creep FLAC3D platform based on numerical difference scheme in steep coal seam roadway soft bottom creep control effect is studied by numerical simulation, to determine the reasonable roadway the support resistance and the best two supporting time; according to Da'anshan coal mine 2 coal seam groove monoclinic characteristics revealed under the condition of high stress soft bottom of roadway in steep coal seam instability mechanism, establish the technical system control of roadway surrounding rock roadway. To determine the overall control of key parts for reinforcing beam the core technology of the first support scheme to instability as the core of the two supporting scheme of soft rock creep control structure, and through the industrial test verified the rationality.
【学位授予单位】:辽宁工程技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TD353
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,本文编号:1696924
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