煤巷矿压显现的速度效应分析及应用研究
发布时间：2020-12-30 16:13
煤巷围岩稳定是煤矿安全高效生产的基本保障,这对成巷质量提出了越来越高的要求。门克庆矿3-1煤脆性大且内生裂隙发育、地应力高,使得3108主运巷矿压显现严重,导致掘进时需要不断扩刷围岩以形成矩形断面,进而引起围岩位移和变形的增大且浅部更为松散、破碎,严重影响成巷质量与巷道稳定。现场中发现,当煤巷掘进速度加快时,矿压显现缓和,帮部扩刷减少,围岩结构更完整、稳定。对此,本文以3108主运巷为工程原型,通过现场调研和物理实验测定了煤样力学参数,运用理论分析剖析了煤巷矿压显现的速度效应机理,结合FLAC3D数值模拟总结了煤巷矿压显现的速度效应规律,最终以工业性试验给予了验证。得出以下主要结论:（1）3-1煤的单轴抗压强度为16.67MPa,抗拉强度为0.66MPa,弹性模量为3.89GPa,内聚力为2.32MPa,内摩擦角为30.7°。（2）通过分析煤巷围岩变形的时间效应得出,煤巷掘进速度的提高使得围岩变形量减小;建立了煤巷轴向垂直应力驱赶模型,确定应力驱赶即为煤巷矿压显现的速度效应机理,即掘进速度加快时,应力转移更快,使得围岩浅...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
108工作面煤层综合柱状图
2 3108 主运巷工程地质概况及煤样力学参数测定图 2-3 SANS300kN 压力机及标准煤样试件Figure 2-3 Press machine of SANS300kN and standard coal samples实验采用我校实验室的 SANS300kN 压力机，为了保证实验的成功，加工出多组标准试件，各实验分别取 3 个实验成功的试件的实验数据进行分析，最终分别取其均值作为最终值即可。压力机及加工好的标准煤岩试件见图 2-3。2.2.2 实验结果分析（1）抗压强度测试将煤样试件（50mm×50mm×100mm）进行单轴抗压强度测试，实验过程如图 2-4。
应力峰值即c2为 10.54MPa，试件 3 在应变为 3.08%时达到应力峰值即c3为22.44MPa。该测试数据见表 2-2。表 2-2 抗压强度测试记录表Table 2-2 Test recording table of compressive strength编号 名称 试件尺寸(mm) 破坏载荷 P(kN)抗压强度c(MPa)平均抗压强度(MPa)13-1煤50×50×100 42.57 17.032 50×50×100 26.35 10.5416.673 50×50×100 56.1 22.44煤样试件的E 一般由下式求得：E= （2-2）其中，E -弹性模量，GPa； -应力，MPa； -应变，%。根据图 2-5 可知，煤样试件的弹性模量为应力应变曲线中弹性变形阶段的曲线斜率，由于三个煤岩试件在弹性阶段的曲线斜率大致相近，任取其一求解即可，结合公式 2-2，取试件 1 的弹性阶段曲线，经拟合斜率，最终求得煤样试件的弹性模量 E 的值为 3.89GPa。（2）抗剪强度测试
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道各向异性软岩力学参数反演及蠕变研究[J]. 张海洋,徐文杰,王永刚. 地下空间与工程学报. 2018(S1)
[2]复合岩层三轴压缩蠕变力学特性数值模拟研究[J]. 徐鹏,杨圣奇. 采矿与安全工程学报. 2018(01)
[3]煤巷掘进速度与顶板恶化冒落过程及控制[J]. 郭罡业,潘东江,郭玉,袁超. 矿业工程研究. 2017(03)
[4]超千米深井锚杆支护煤巷蠕变规律数值模拟研究[J]. 刘建伟,王永佳,宋选民,伊康. 矿业研究与开发. 2017(06)
[5]《BP世界能源展望(2017年版)》发布2035年中国将占世界能源消费总量四分之一[J]. 石油化工应用. 2017(04)
[6]矿山动力灾害发生机理与防治策略[J]. 崔峰,来兴平,曹建涛,单鹏飞. 煤矿安全. 2017(01)
[7]大断面综放沿空煤巷顶板破坏机制与锚索桁架控制[J]. 魏臻,何富连,张广超,高源,来永辉. 采矿与安全工程学报. 2017(01)
[8]基于塑性扩张的岩石变参数蠕变损伤模型与工程应用[J]. 赵延林,马文豪,唐劲舟,袁超,李树清,万文. 煤炭学报. 2016(12)
[9]回采巷道强矿压显现发生机理及防治措施[J]. 吴龙泉,朱友恒,张明鹏,赵善坤,李少刚,付兴玉. 煤矿安全. 2016(11)
[10]2015年中国能源生产与消费现状[J]. 周庆凡. 石油与天然气地质. 2016(04)
博士论文
[1]考虑初始损伤效应的软岩巷道围岩时效变形损伤机理及控制对策研究[D]. 侯荣彬.中国矿业大学 2018
[2]采空区下近距离动压巷道矿压特征及支护模拟研究[D]. 黄博.中国矿业大学(北京) 2016
[3]高强度开采工作面矿压显现的推进速度效应分析[D]. 杨敬虎.中国矿业大学(北京) 2016
[4]高应力高突区域煤巷快速掘进灾害防治技术研究[D]. 张飞燕.武汉理工大学 2010
[5]高应力软岩巷道变形破坏特征及让压支护机理研究[D]. 杨峰.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]葫芦素矿煤巷掘进速度影响因素分析及控制研究[D]. 张天池.中国矿业大学 2017
[2]基于“连续梁”模型的巷道顶板支护优化[D]. 李井.中国矿业大学 2017
[3]大断面煤巷快速掘进关键性技术研究与应用[D]. 周连清.内蒙古科技大学 2014
[4]深部高应力软岩巷道时效变形机理研究[D]. 胡敏军.中国矿业大学 2015
[5]大断面煤巷变形破坏规律及锚固技术研究[D]. 宋朝部.太原理工大学 2013
[6]大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D]. 魏敬喜.安徽理工大学 2011
[7]深部矿井回采巷道围岩变形失稳分析[D]. 冯冶.西安科技大学 2010
本文编号：2947931
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
108工作面煤层综合柱状图
2 3108 主运巷工程地质概况及煤样力学参数测定图 2-3 SANS300kN 压力机及标准煤样试件Figure 2-3 Press machine of SANS300kN and standard coal samples实验采用我校实验室的 SANS300kN 压力机，为了保证实验的成功，加工出多组标准试件，各实验分别取 3 个实验成功的试件的实验数据进行分析，最终分别取其均值作为最终值即可。压力机及加工好的标准煤岩试件见图 2-3。2.2.2 实验结果分析（1）抗压强度测试将煤样试件（50mm×50mm×100mm）进行单轴抗压强度测试，实验过程如图 2-4。
应力峰值即c2为 10.54MPa，试件 3 在应变为 3.08%时达到应力峰值即c3为22.44MPa。该测试数据见表 2-2。表 2-2 抗压强度测试记录表Table 2-2 Test recording table of compressive strength编号 名称 试件尺寸(mm) 破坏载荷 P(kN)抗压强度c(MPa)平均抗压强度(MPa)13-1煤50×50×100 42.57 17.032 50×50×100 26.35 10.5416.673 50×50×100 56.1 22.44煤样试件的E 一般由下式求得：E= （2-2）其中，E -弹性模量，GPa； -应力，MPa； -应变，%。根据图 2-5 可知，煤样试件的弹性模量为应力应变曲线中弹性变形阶段的曲线斜率，由于三个煤岩试件在弹性阶段的曲线斜率大致相近，任取其一求解即可，结合公式 2-2，取试件 1 的弹性阶段曲线，经拟合斜率，最终求得煤样试件的弹性模量 E 的值为 3.89GPa。（2）抗剪强度测试
【参考文献】：
期刊论文
[1]隧道各向异性软岩力学参数反演及蠕变研究[J]. 张海洋,徐文杰,王永刚. 地下空间与工程学报. 2018(S1)
[2]复合岩层三轴压缩蠕变力学特性数值模拟研究[J]. 徐鹏,杨圣奇. 采矿与安全工程学报. 2018(01)
[3]煤巷掘进速度与顶板恶化冒落过程及控制[J]. 郭罡业,潘东江,郭玉,袁超. 矿业工程研究. 2017(03)
[4]超千米深井锚杆支护煤巷蠕变规律数值模拟研究[J]. 刘建伟,王永佳,宋选民,伊康. 矿业研究与开发. 2017(06)
[5]《BP世界能源展望(2017年版)》发布2035年中国将占世界能源消费总量四分之一[J]. 石油化工应用. 2017(04)
[6]矿山动力灾害发生机理与防治策略[J]. 崔峰,来兴平,曹建涛,单鹏飞. 煤矿安全. 2017(01)
[7]大断面综放沿空煤巷顶板破坏机制与锚索桁架控制[J]. 魏臻,何富连,张广超,高源,来永辉. 采矿与安全工程学报. 2017(01)
[8]基于塑性扩张的岩石变参数蠕变损伤模型与工程应用[J]. 赵延林,马文豪,唐劲舟,袁超,李树清,万文. 煤炭学报. 2016(12)
[9]回采巷道强矿压显现发生机理及防治措施[J]. 吴龙泉,朱友恒,张明鹏,赵善坤,李少刚,付兴玉. 煤矿安全. 2016(11)
[10]2015年中国能源生产与消费现状[J]. 周庆凡. 石油与天然气地质. 2016(04)
博士论文
[1]考虑初始损伤效应的软岩巷道围岩时效变形损伤机理及控制对策研究[D]. 侯荣彬.中国矿业大学 2018
[2]采空区下近距离动压巷道矿压特征及支护模拟研究[D]. 黄博.中国矿业大学(北京) 2016
[3]高强度开采工作面矿压显现的推进速度效应分析[D]. 杨敬虎.中国矿业大学(北京) 2016
[4]高应力高突区域煤巷快速掘进灾害防治技术研究[D]. 张飞燕.武汉理工大学 2010
[5]高应力软岩巷道变形破坏特征及让压支护机理研究[D]. 杨峰.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]葫芦素矿煤巷掘进速度影响因素分析及控制研究[D]. 张天池.中国矿业大学 2017
[2]基于“连续梁”模型的巷道顶板支护优化[D]. 李井.中国矿业大学 2017
[3]大断面煤巷快速掘进关键性技术研究与应用[D]. 周连清.内蒙古科技大学 2014
[4]深部高应力软岩巷道时效变形机理研究[D]. 胡敏军.中国矿业大学 2015
[5]大断面煤巷变形破坏规律及锚固技术研究[D]. 宋朝部.太原理工大学 2013
[6]大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D]. 魏敬喜.安徽理工大学 2011
[7]深部矿井回采巷道围岩变形失稳分析[D]. 冯冶.西安科技大学 2010
本文编号：2947931
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