大倾角煤层采场能量转移特征及其邻近巷道稳定性控制研究

发布时间：2020-10-29 20:27

　　 大倾角煤层工作面开采过程中,围岩变形及受力特征具有不对称性,工作面开挖过程中在围岩内部伴随着大范围的能量转移,围岩应力场也产生相应的变化。由于煤层倾角较大,工作面开采过程中能量产生重新积聚,积聚的能量进一步对邻近巷道的稳定性产生影响。本文以大倾角煤层及其邻近动压巷道为研究对象,结合陈蛮庄煤矿西翼轨道大巷生产地质条件,综合应用室内力学试验、理论分析、数值模拟以及现场试验等方法,研究了陈蛮庄煤矿3#煤层工作面推进过程中能量转移特征及采动影响下西翼轨道大巷的变形规律,分析了动压巷道围岩能量场以及应力场的分布状态,提出了基于能量的动压巷道稳定性控制技术,主要研究结论如下:(1)结合单轴压缩应力—应变曲线,研究了岩石压缩试验过程中的能量耗散与释放,得到了岩石单轴压缩过程中的总能量、弹性变形能、塑性变形能变化规律,研究结果表明,弹性变形能在峰前呈直线性增长,峰后阶段迅速衰减;塑性耗散能在峰前变化不大,峰后阶段塑性耗散能显著增加。(2)分析了不同煤层倾角、不同邻近距离影响因素下大倾角煤层工作面能量转移特征,并对大倾角煤层工作面围岩能量转移特征及大倾角煤层工作面对邻近巷道的影响展开了研究,得到了不同距离下巷道所受采动影响的能量分布特征,当巷道与工作面的垂直距离大于40m以后,达到工作面对巷道影响的极限距离。(3)运用数值模拟方法分析了采动影响下巷道围岩应力场以及能量场分布状态,采动期间工作面支承压力对西翼轨道大巷的影响,研究结果表明,3402工作面回采造成整个岩层能量大范围转移,巷道受能量转移影响较大,巷道围岩变形程度增大。(4)采用理论分析方法研究了动压巷道围岩能量分布规律以及影响因素,基于采动巷道围岩应变能分布表达式,得出了巷道围岩能量分布状态与支护力的关系。研究了不同围岩力学参数对塑性耗散能的影响规律,结合数值模拟分析了不同影响参数下拱形巷道围岩能量的分布状态:随着岩石内摩擦角和粘聚力的增大,巷道围岩塑性耗散能逐渐减小。(5)确定了动压巷道围岩控制技术参数,通过锚杆锚索支护巷道顶板以及两帮,同时采取注浆加固,提高巷道围岩承载性能和力学参数,抑制巷道围岩内部裂隙扩展,达到控制巷道围岩变形的效果。工业性试验表明,研究成果有效指导了陈蛮庄煤矿西翼轨道大巷的围岩控制,为矿井安全生产提供了有力条件。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD353
【部分图文】：

论文研究技术路线图

图 2-1 泥岩单轴抗压破坏过程1 Uniaxial compressive failure process of坏过程的分析研究可以发现，在岩展阶段，岩体的单轴压缩破坏都会碎面的方向发展，岩石内部细观裂石试件则会产生变形破坏，试件的开。通过泥岩的单轴压缩过程可以可以分为以下几个过程：起裂过程验结果分析

图 2-1 泥岩单Figure2-1 Uniaxial compress对泥岩单轴压缩破坏过程的分析研伤发展阶段以及裂纹扩展阶段，岩体的单主体，裂纹随着主控破碎面的方向发展宏观裂纹最终形成，岩石试件则会产生终表现为岩块的劈裂散开。通过泥岩的过程中，岩石变形破坏可以分为以下几线贯通过程。2.1.2 单轴压缩试验结果分析
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本文编号：2861411