极近距离煤层固体充填开采控制井筒采动变形机理研究

发布时间：2020-05-25 15:12

【摘要】：为满足工广保护煤柱回收同时保证矿井安全生产的需要,本文以回收兖矿集团南屯煤矿工业广场保护煤柱为工程背景,采用物理模拟、力学分析、数值模拟等方法,系统研究了固体充填开采控制井筒采动变形规律及机理。通过物理模拟分析了固体充填和垮落法回收保护煤柱过程中井筒主要变形形式并基于此建立采动影响下井筒受力模型,得到井筒的受力计算公式和充填区域各处临界充实率。采用数值模拟手段分析了极近距离煤层充实率控制井筒采动变形的规律为选择南屯矿极近距离煤层合理充实率方案提供依据。最后根据力学分析和数值模拟结果进行充实率方案的工程设计,并对充填方案下井筒变形进行预计分析。论文主要取得以下几方面的研究成果:(1)通过建立极近距离煤层采动下的充填和垮落物理相似模型,对比分析两种开采条件下的井筒运移规律、变形特征、应力变化特征,揭示了充填开采控制井筒变形的机理。(2)根据井筒在采动过程中的变形特征,建立了相对应的力学模型,并基于采动影响在岩体内部的传播规律和“等价采高”理论,推导出充填开采条件下井筒附近位移场、变形场和应力场的表达式和固体充填控制井筒变形的临界充实率表达公式。(3)采用ABAQUS数值模拟软件,研究了不同充实率方案下井筒采动变形规律与应力分布特征,揭示了上下煤层充实率协同控制井筒变形的规律,为极近距离煤层充填开采控制井筒变形的充实率设计提供了重要的理论依据。(4)在优化设计充实率方案基础上,采用基于概率法的软件预计分析该方案下井筒各埋深处的变形情况。通过预计变形结果得到井筒竖向压缩变形最大值为1.85mm/m,井筒倾斜变形最大值为0.35mm/m,均未超过井筒设防标准。
【图文】：

0 4 8 12 16 20相似应力/kPa图2-2 充填体相似材料制作 图2-3 相似材料与充填矸石应力应变关系对比图Figure 2-2 Production of similar materials Figure 2-3 Comparison of stress strain elationshipsbetween similar materials and the gangue（4）相似材料参数设计依照实验内容

完成物体的运动追踪，根据散斑随模型表面变形并承载变形信息这一特点，通过设定模型表面的随机斑点作为识别点，以准确描述模型的位移分布和运迹。为了能够监测岩层表面各点位移情况，本次实验采用随机喷散墨汁的方模型表面生成散斑图，利用墨点（散斑）与模型表面颜色形成强烈对比以便系统进行捕捉，并记录模型运动状态。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD823.7

【参考文献】

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本文编号：2680339