坚硬厚煤层分区域扰动破坏机理及弱化方法
发布时间：2020-12-11 18:50
厚煤层综放开采是厚煤层安全高效开采的主要方法之一。综放开采时顶煤的充分破碎是提高顶煤回收率的关键。已有研究表明,支承压力区煤体裂隙的发育程度对顶煤的破碎块度影响较大,且不同强度煤体在采动应力作用下呈现出不同的演化模式。支承压力区煤体的裂隙发育与煤体所受轴向、侧向应力大小及作用路径也有较大关系。为此,论文基于忻州窑矿11&12#坚硬煤层,运用理论、数值模拟和试验等方法,研究了坚硬顶煤经历“原岩应力区预裂弱化-支承压力区扰动-支架控顶区升降扰动”全过程中的破坏机理,主要从以下几方面开展了工作:（1）通过现场调研,在实验室进行煤样单轴压缩试验,并总结了前人对忻州窑矿岩石力学参数和地应力的研究结果,确定论文研究采用的煤体力学参数为单轴抗压强度29.29 MPa、弹性模量26.9 GPa、泊松比0.23,确定8935工作面的地应力在10 MPa左右。（2）结合以往坚硬煤层弱化的实践经验,预裂爆破的方法对坚硬煤体的弱化具有较好的效果。但由于缺乏相关的理论支撑,爆破方案主要通过观测顶煤放出效果适当改进,没有形成科学的优化方法。论文基于有限元动力分析方法引入爆破产生的压力p与煤体孔隙率α关系为...
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单孔岩石爆破时裂隙演化过程
分析裂隙扩展的规律。由于 PFC 能够较好的模拟颗粒的位移特性，该方法能计算得出直观的爆破裂隙，但由于未考虑爆生气体对岩石的影响，计算得出的裂隙范围较实际值小。王志亮等[47]总结了有限元方法、离散元方法在分析动力问题时的优缺点，运用有限元软件 LS-DYNA 对爆破产生的应力波进行计算，然后将炮孔壁处的压力时程曲线导入离散元软件 UDEC 中，模拟节理岩体在爆破过程中的破坏情况，该方法为研究节理岩体的爆破问题提供了一种新思路。HM An 博士[48]通过每一时步对有限元模型中单元间作用力进行判定，将超过单元连接极限的单元进行分离处理，并将分离后的单元使用离散元方法进行计算，从而模拟爆破作用下岩石的裂隙扩展行为。Yang 博士[49]在其的基础上，将爆生气体对岩石模型的作用考虑在内，建立了气固耦合爆破模型，通过设置粘性流体对开裂面的力的传递，实现了对爆生气体驱动裂隙扩展的模拟。有限元、离散元和有限元离散元耦合的方法对于研究岩石爆破各有自身的优势，三种方法计算爆破裂隙分布如图 1.3 所示。
应力状态进行描述，揭示了采场前方煤体变形特征和裂隙发育规律，并采用照片和相似模拟的方法对理论进行了验证。谢和平等[66]总结了我国深部典型煤矿的开采特点，分析了放顶煤开采、无开采和保护层开采三种条件下采场前方的支承压力分布规律，在此基础上，升轴压同时降围压的方式来模拟开采过程的应力加载路径，在实验室开展了列实验，得出了各开采条件下煤体在相应加卸载路径下的采动力学行为。该是基于固定的加卸载路径的前提下开展的，虽不能精确反应煤矿开采过程采方煤体的破坏过程，但为研究采场前方煤体破坏过程提供了一种新的思路。坚硬煤层放顶煤开采时顶煤在支承压力作用下难以破坏，在支架顶梁上方呈大块悬顶结构，如图 1.4 所示。庞义辉等[69]结合现场调研，分析了坚硬特层顶煤的悬臂梁模型，得出了机采高度与顶煤极限悬顶长度的关系，运用数拟方法分析了支架顶梁对顶煤反复支撑次数、初撑力大小对顶煤破坏的影响为提高初撑力和改进支架结构参数能一定程度改善坚硬顶煤的破碎效果。然研究忽略了采场支承压力对顶煤的损伤作用，研究结果趋于保守。
【参考文献】：
期刊论文
[1]主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究[J]. 何成龙,杨军. 兵工学报. 2017(12)
[2]大理岩RHT模型参数确定研究[J]. 李洪超,刘殿书,赵磊,李晨,张振园. 北京理工大学学报. 2017(08)
[3]坚硬顶板水压致裂控制理论与成套技术[J]. 黄炳香,赵兴龙,陈树亮,刘江伟. 岩石力学与工程学报. 2017(12)
[4]综放开采顶煤在加卸载复合作用下的破坏机理[J]. 王家臣,王兆会. 同煤科技. 2017(03)
[5]坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及提高采出率技术[J]. 庞义辉,王国法. 煤炭学报. 2017(04)
[6]特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用[J]. 王金华,黄志增,于雷. 煤炭学报. 2017(04)
[7]特厚煤层综放开采顶煤成拱机理及除拱对策[J]. 于斌,夏洪春,孟祥斌. 煤炭学报. 2016(07)
[8]基于HJC本构模型的煤岩SHPB实验数值模拟[J]. 李成武,王金贵,解北京,孙英峰. 采矿与安全工程学报. 2016(01)
[9]含夹矸特厚煤层综放工作面顶煤破碎机理分析[J]. 冯宇峰,欧阳振华,邓志刚,赵善坤,白庆升. 煤炭科学技术. 2016(01)
[10]放顶煤液压支架承载特性及其适应性分析[J]. 李化敏,蒋东杰,Syd S Peng,冯军发. 煤炭科学技术. 2015(06)
博士论文
[1]脆性岩石抗拉特性及其破裂机制的试验与细观模拟研究[D]. 许学良.北京科技大学 2017
[2]岩石RHT模型理论及主要参数确定方法研究[D]. 李洪超.中国矿业大学(北京) 2016
[3]厚层坚硬煤系地层冲击地压机理及防治研究[D]. 杜学领.中国矿业大学(北京) 2016
[4]“两硬”条件厚煤层巷道冲击地压机理及防治技术研究[D]. 李彦伟.中国矿业大学(北京) 2016
[5]安全高效能坚硬煤岩承压式爆破控制机理及试验分析[D]. 杨敬轩.中国矿业大学 2015
[6]基于RHT本构的岩体爆破破碎模型研究[D]. 王宇涛.中国矿业大学(北京) 2015
[7]大段高顶煤定向水压致裂机理研究[D]. 王有熙.西安科技大学 2015
[8]大同矿区特厚煤层综放开采强矿压显现机理及顶板控制研究[D]. 于斌.中国矿业大学 2014
[9]大同矿区“三硬”煤层冲击地压发生机理研究[D]. 王旭宏.太原理工大学 2010
[10]层状复合结构动态力学行为及应力波传播特性研究[D]. 杨震琦.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]岩石相似材料的试验研究[D]. 李兵.重庆大学 2015
[2]大同两硬复杂煤层安全高效开采技术研究[D]. 王爱国.辽宁工程技术大学 2012
[3]煤体爆破裂纹扩展规律及其试验研究[D]. 孙博.河南理工大学 2011
本文编号：2911046
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
单孔岩石爆破时裂隙演化过程
分析裂隙扩展的规律。由于 PFC 能够较好的模拟颗粒的位移特性，该方法能计算得出直观的爆破裂隙，但由于未考虑爆生气体对岩石的影响，计算得出的裂隙范围较实际值小。王志亮等[47]总结了有限元方法、离散元方法在分析动力问题时的优缺点，运用有限元软件 LS-DYNA 对爆破产生的应力波进行计算，然后将炮孔壁处的压力时程曲线导入离散元软件 UDEC 中，模拟节理岩体在爆破过程中的破坏情况，该方法为研究节理岩体的爆破问题提供了一种新思路。HM An 博士[48]通过每一时步对有限元模型中单元间作用力进行判定，将超过单元连接极限的单元进行分离处理，并将分离后的单元使用离散元方法进行计算，从而模拟爆破作用下岩石的裂隙扩展行为。Yang 博士[49]在其的基础上，将爆生气体对岩石模型的作用考虑在内，建立了气固耦合爆破模型，通过设置粘性流体对开裂面的力的传递，实现了对爆生气体驱动裂隙扩展的模拟。有限元、离散元和有限元离散元耦合的方法对于研究岩石爆破各有自身的优势，三种方法计算爆破裂隙分布如图 1.3 所示。
应力状态进行描述，揭示了采场前方煤体变形特征和裂隙发育规律，并采用照片和相似模拟的方法对理论进行了验证。谢和平等[66]总结了我国深部典型煤矿的开采特点，分析了放顶煤开采、无开采和保护层开采三种条件下采场前方的支承压力分布规律，在此基础上，升轴压同时降围压的方式来模拟开采过程的应力加载路径，在实验室开展了列实验，得出了各开采条件下煤体在相应加卸载路径下的采动力学行为。该是基于固定的加卸载路径的前提下开展的，虽不能精确反应煤矿开采过程采方煤体的破坏过程，但为研究采场前方煤体破坏过程提供了一种新的思路。坚硬煤层放顶煤开采时顶煤在支承压力作用下难以破坏，在支架顶梁上方呈大块悬顶结构，如图 1.4 所示。庞义辉等[69]结合现场调研，分析了坚硬特层顶煤的悬臂梁模型，得出了机采高度与顶煤极限悬顶长度的关系，运用数拟方法分析了支架顶梁对顶煤反复支撑次数、初撑力大小对顶煤破坏的影响为提高初撑力和改进支架结构参数能一定程度改善坚硬顶煤的破碎效果。然研究忽略了采场支承压力对顶煤的损伤作用，研究结果趋于保守。
【参考文献】：
期刊论文
[1]主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究[J]. 何成龙,杨军. 兵工学报. 2017(12)
[2]大理岩RHT模型参数确定研究[J]. 李洪超,刘殿书,赵磊,李晨,张振园. 北京理工大学学报. 2017(08)
[3]坚硬顶板水压致裂控制理论与成套技术[J]. 黄炳香,赵兴龙,陈树亮,刘江伟. 岩石力学与工程学报. 2017(12)
[4]综放开采顶煤在加卸载复合作用下的破坏机理[J]. 王家臣,王兆会. 同煤科技. 2017(03)
[5]坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及提高采出率技术[J]. 庞义辉,王国法. 煤炭学报. 2017(04)
[6]特厚煤层综放开采顶煤体“三带”放煤理论与应用[J]. 王金华,黄志增,于雷. 煤炭学报. 2017(04)
[7]特厚煤层综放开采顶煤成拱机理及除拱对策[J]. 于斌,夏洪春,孟祥斌. 煤炭学报. 2016(07)
[8]基于HJC本构模型的煤岩SHPB实验数值模拟[J]. 李成武,王金贵,解北京,孙英峰. 采矿与安全工程学报. 2016(01)
[9]含夹矸特厚煤层综放工作面顶煤破碎机理分析[J]. 冯宇峰,欧阳振华,邓志刚,赵善坤,白庆升. 煤炭科学技术. 2016(01)
[10]放顶煤液压支架承载特性及其适应性分析[J]. 李化敏,蒋东杰,Syd S Peng,冯军发. 煤炭科学技术. 2015(06)
博士论文
[1]脆性岩石抗拉特性及其破裂机制的试验与细观模拟研究[D]. 许学良.北京科技大学 2017
[2]岩石RHT模型理论及主要参数确定方法研究[D]. 李洪超.中国矿业大学(北京) 2016
[3]厚层坚硬煤系地层冲击地压机理及防治研究[D]. 杜学领.中国矿业大学(北京) 2016
[4]“两硬”条件厚煤层巷道冲击地压机理及防治技术研究[D]. 李彦伟.中国矿业大学(北京) 2016
[5]安全高效能坚硬煤岩承压式爆破控制机理及试验分析[D]. 杨敬轩.中国矿业大学 2015
[6]基于RHT本构的岩体爆破破碎模型研究[D]. 王宇涛.中国矿业大学(北京) 2015
[7]大段高顶煤定向水压致裂机理研究[D]. 王有熙.西安科技大学 2015
[8]大同矿区特厚煤层综放开采强矿压显现机理及顶板控制研究[D]. 于斌.中国矿业大学 2014
[9]大同矿区“三硬”煤层冲击地压发生机理研究[D]. 王旭宏.太原理工大学 2010
[10]层状复合结构动态力学行为及应力波传播特性研究[D]. 杨震琦.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]岩石相似材料的试验研究[D]. 李兵.重庆大学 2015
[2]大同两硬复杂煤层安全高效开采技术研究[D]. 王爱国.辽宁工程技术大学 2012
[3]煤体爆破裂纹扩展规律及其试验研究[D]. 孙博.河南理工大学 2011
本文编号：2911046
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