煤岩强度与变形特征实验研究及其在条带煤柱设计中的应用

发布时间：2017-03-23 13:00

  本文关键词：煤岩强度与变形特征实验研究及其在条带煤柱设计中的应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文在MTS岩石伺服试验系统上针对建新矿13煤进行了单轴压缩、常规三轴压缩、流变试验研究。通过单轴压缩试验,测得了单轴压缩下的力学参数,研究表明其在单轴压缩时的峰值强度阶段的应力—应变曲线相对平稳,在压力峰值持续高应力一段时间后,煤岩试件迅速破坏;尺寸效应可表示为σ_c=6.928+130.2698exp(-0.10595D),圆柱体标准试件强度比长方体标准试件的强度大。通过常规三轴压缩试验,分析了在静水压力增加过程中煤岩内部结构先失稳随后稳定的特征:研究表明三轴压缩下的应力应变曲线的压密阶段不是十分明显,甚至消失;随围压增大,煤岩逐渐向剪切破坏方式转化,但建新矿13煤的脆延性转变临界围压值要远远大于其单轴抗压强度;建新矿13煤的弹性模量与围压的关系可以用E=4955.984-3589.106exp(-σ_3/1.923)来表达;围压对煤岩强度影响非常明显,随着围压的增加,煤岩的轴向破坏应力及破坏后的残余强度也随之增加;根据库仑准则,建新矿13煤在较低围压下最大主应力差与围压的关系为:σ_1-σ_3=9.71005+12.4716σ_3。通过流变试验,研究了建新矿13煤的流变力学特性;研究表明煤岩整体以塑性破坏且存在破坏的空间不均匀性,在较高的应力水平上,试件发生两类微破裂:第一类是煤岩内的部分微结构达到了变形极限,试件的应变变小而应力变大,随后这些微结构破坏,第二类是煤岩内部的部分微结构在常速变形中达到极限,应变减小、应力也同时减小的忽然破坏;流变模型用四次多项式经验模型表示:ε(t)=0.00551+(2.033E-5)~*t-(9.754E-8)~*t~2-(1.578E-9)~*t~3+(1.417E-11)~*t~4。基于已有理论和试验研究结果,分析了建新矿13煤的煤柱体长期强度为2.7088MPa,符合库仑—莫尔物理模型。结合试验研究结果,通过采用FLAC~(3D)拉格朗日差分软件对煤柱稳定性进行模拟研究,对建新矿13煤条带开采进行了优化设计,认为在建新矿的地质情况下,开采13煤时选择25m的采宽和20m的留宽,可以保持煤柱的长期稳定有效性。
【关键词】：煤岩力学试验 力学性质 煤柱体强度 数值模拟 煤柱稳定
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TD313
【目录】：

• 1 绪论21-29
• 1.1 课题的研究意义21-22
• 1.2 国内外研究现状22-26
• 1.3 研究的主要内容26-27
• 1.4 课题研究方法和技术路线27-29
• 2 煤岩基础力学试验研究29-61
• 2.1 煤岩力学性质试验条件及试验设计29-32
• 2.2 煤岩单轴压缩试验32-40
• 2.3 煤岩常规三轴压缩试验40-52
• 2.4 煤岩流变试验52-59
• 2.5 本章结论59-61
• 3 煤柱强度61-68
• 3.1 岩石与岩体61-63
• 3.2 煤柱体的强度理论63-67
• 3.3 建新矿13煤的煤柱体强度67-68
• 4 建新煤矿条带开采煤柱设计68-88
• 4.1 煤柱稳定性分析的基础理论68-72
• 4.2 FLAC~(3D)简介72-73
• 4.3 建新煤矿中部采区条带开采设计73-87
• 4.4 本章结论87-88
• 5 主要结论88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-96
• 攻读学位期间发表的论文:96

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 杨培举;刘长友;;综放面端头基本顶结构与合理支护参数[J];采矿与安全工程学报;2012年01期

2 刘传孝;黄东辰;王龙;刘志浩;张秀丽;;岩石蠕变破坏实验曲线的微观阶段特征研究[J];煤炭学报;2011年S2期

3 杨培举;刘长友;吴锋锋;;厚煤层大采高采场煤壁的破坏规律与失稳机理[J];中国矿业大学学报;2012年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 陈绍杰;深部条带煤柱长期稳定性基础实验研究[D];山东科技大学;2009年

2 徐龙江;井下鼠笼式选择性煤矸分离装备关键技术研究[D];中国矿业大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 于飞;密集建筑物下高承压水上条带煤柱合理尺寸研究[D];山东科技大学;2011年

2 刘化江;构造复杂条件下围岩控制技术研究[D];山东科技大学;2011年

3 李博;岱庄煤矿膏体充填工作面覆岩运动规律与支护优化研究[D];山东科技大学;2011年

4 汪国欣;煤岩射孔段应力分析及扩孔破岩仿真研究[D];长江大学;2012年

  本文关键词：煤岩强度与变形特征实验研究及其在条带煤柱设计中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：263751