回采工作面超前应力集中段水力压裂卸压时机研究
发布时间：2021-11-15 02:51
针对煤矿综采工作面超前应力集中段卸压时机选择随意性大,严重影响顶板切顶卸压效果的问题,以山西晋城天地王坡煤矿3310工作面为工程背景,采用空心包体现场实测工作面超前段顶板三维采动应力变化的方法,揭示了工作面回采过程中巷道超前段主应力偏转规律,提出最大主应力偏转至与巷道轴线方向夹角最小时为最佳切顶卸压时机的概念,得到3310工作面水力压裂卸压时机为超前工作面80150m。采用FLAC3D数值模拟软件计算分析了单巷、双巷、沿空留巷三种工作面布置方式的超前应力集中段主应力演化规律,得出单巷布置方式下工作面超前应力集中段卸压时机为超前100200m,双巷布置方式下卸压时机为超前80140m,沿空留巷布置方式下工作面超前应力集中段卸压时机为超前100200m。基于数值模拟与现场监测的研究结论,选取典型工作面进行水力压裂切顶卸压现场试验,提出了大幅度提高卸压效果的合理卸压时机及参数,丰富了水力压裂切顶卸压理论和技术。
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
布尔台矿回采工作面超前段巷道变形情况
系列系统性的研究。采动应力的产生主要包括以下几个部分：一是由巷道等地下工程结构的开挖所引起的应力、二是由回采工作面推进所引起的应力及三由于前两者共同扰动作用下所产生的应力[37]。针对本文所要研究的动压巷道来讲，此类动压巷道不仅需要经受本工作面回采扰动的影响，同时由于留巷的存在，还可能出现工作面回采及巷道开挖两者的共同干扰。庞义辉、王国法[38]等认为仅仅依靠最大与最小主应力的比值作为强扰动状态下的采动应力准则并不合理，因而结合经典的莫尔-库仑强度准则及三维应力的加-卸载变换准则（如图1.2所示），推导得出强采动下三向采动应力扰动系数（见公式1-1）；并采用数值模拟方法，对超前工作面75m、滞后工作面15m范围内实时监测回采过程中顶板岩层的三向应力状态，并得出以下结论：在超前回采工作面位置，煤柱侧上方顶板的最大主应力随着工作面的不断推进逐渐增大，且最大、最小主应力两者间的差值也逐渐增大，而工作面前方实体煤上方顶板的最大主应力也略有增大，但两者应力差值并非简单的增大减小而是出现一定范围的波动；在滞后工作面位置，煤柱侧及工作面前方媒体的最大与最小主应力及其两者的差值均出现显著下降，而且三维主应力的方向也随之发生了显著偏转。3=|1′σ3′|′→|13|′→={(1,∞)(强扰动状态)[0,1](弱扰动状态)（1-1）图1.2摩尔库伦准则及采动应力的加卸载变换形式Fig.1.2MohrCoulombcriterionandMiningstresschangeformsunderdifferentloadingandunloadingconditions谢广祥等[39]通过数值分析提出应力壳概念，并提出应力壳的经典演化特征，
第1章绪论4同时提出了巷道应力壳的概念，巷道处于应力壳内的低应力区，应力壳的存在及其空间演化规律对巷道矿压显现具有重要意义，如图1.3所示：巷道围岩应力壳的空间分布对巷道围岩稳定性有关键性影响，且存在“稳定”和“非稳定”两种形态，维护巷道围岩稳定性的实质是保证巷道围岩应力壳形态的稳定。杨科等[40]总结分析走向长壁开采特点及采动应力壳演化和采动裂隙发育特征，构建了采动应力壳演化的三维分析模型，得了采动应力壳壳体演化形态方程和采动裂隙发育各参量间的关系。图1.3巷道应力壳示意图Fig.1.3Schematicdiagramofroadwaystressshell端宁[41]运用理论分析和FLAC3D有限差分程序相结合的方法，研究了深部开采扰动下，随工作面的推进巷道顶板不同位置处主应力演化规律，巷道顶板随工作面的回采规律如图1.4所示，分析可得出三维主应力方位角及倾角演化规律：即3在方位角呈现先增大后减小规律、2在方位角出现逐渐减小规律，但1方位角在整个回采过程中变化不明显；并得出了四种深部不同扰动下主应力路径演化规律。(a)最大主应力(b)中间主应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]深部采场覆岩应力路径效应与失稳过程分析[J]. 庞义辉,王国法,李冰冰. 岩石力学与工程学报. 2020(04)
[2]采动影响下煤矿顶板岩层三维应力变化规律研究[J]. 曹怀轩. 水利与建筑工程学报. 2019(04)
[3]李雅庄煤矿水力压裂切顶技术应用研究[J]. 史春生. 能源与环保. 2018(07)
[4]回采工作面上隅角水力压裂切顶技术及其应用[J]. 都海龙. 煤炭工程. 2017(12)
[5]矿井坚硬顶板定向水力压裂技术研究[J]. 黄小朋,张鹏鹏,闫耀飞. 中国煤炭. 2017(07)
[6]双巷布置留巷围岩塑性区演化规律及补强支护技术[J]. 李永恩,镐振,李波,霍天宏,张弘. 煤炭科学技术. 2017(06)
[7]煤柱留巷定向水力压裂卸压机理及试验[J]. 吴拥政,康红普. 煤炭学报. 2017(05)
[8]沿空留巷围岩应力演化规律及大变形机理分析[J]. 刘洪林,赵红超. 中国矿业. 2017(02)
[9]煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用[J]. 康红普,冯彦军. 煤炭科学技术. 2017(01)
[10]巷道围岩应力壳力学特征与工程实践[J]. 谢广祥,李传明,王磊. 煤炭学报. 2016(12)
博士论文
[1]回采工作面双巷布置留巷定向水力压裂卸压机理研究及应用[D]. 吴拥政.煤炭科学研究总院 2018
[2]主应力方向旋转变化条件下饱和砂土的动力特性试验研究[D]. 金丹.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]阳泉矿区回采工作面双巷布置留巷采动应力演化规律研究[D]. 吴乐.煤炭科学研究总院 2018
[2]布尔台煤矿小采放比综放面矿压规律及控制技术研究[D]. 郭瑞瑞.西安建筑科技大学 2018
[3]深部开采扰动诱发围岩应力场及能量场演化规律研究[D]. 端宁.中国矿业大学 2016
[4]矿用应力监测系统研究与实现[D]. 赵冰.西安科技大学 2011
[5]动压条件下巷道失稳机理及支护技术研究[D]. 李庆文.安徽理工大学 2010
[6]主应力轴旋转对原状软粘土宏观变形和微观结构影响的试验研究[D]. 管林波.浙江大学 2010
本文编号：3495879
【文章来源】：煤炭科学研究总院北京市
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
布尔台矿回采工作面超前段巷道变形情况
系列系统性的研究。采动应力的产生主要包括以下几个部分：一是由巷道等地下工程结构的开挖所引起的应力、二是由回采工作面推进所引起的应力及三由于前两者共同扰动作用下所产生的应力[37]。针对本文所要研究的动压巷道来讲，此类动压巷道不仅需要经受本工作面回采扰动的影响，同时由于留巷的存在，还可能出现工作面回采及巷道开挖两者的共同干扰。庞义辉、王国法[38]等认为仅仅依靠最大与最小主应力的比值作为强扰动状态下的采动应力准则并不合理，因而结合经典的莫尔-库仑强度准则及三维应力的加-卸载变换准则（如图1.2所示），推导得出强采动下三向采动应力扰动系数（见公式1-1）；并采用数值模拟方法，对超前工作面75m、滞后工作面15m范围内实时监测回采过程中顶板岩层的三向应力状态，并得出以下结论：在超前回采工作面位置，煤柱侧上方顶板的最大主应力随着工作面的不断推进逐渐增大，且最大、最小主应力两者间的差值也逐渐增大，而工作面前方实体煤上方顶板的最大主应力也略有增大，但两者应力差值并非简单的增大减小而是出现一定范围的波动；在滞后工作面位置，煤柱侧及工作面前方媒体的最大与最小主应力及其两者的差值均出现显著下降，而且三维主应力的方向也随之发生了显著偏转。3=|1′σ3′|′→|13|′→={(1,∞)(强扰动状态)[0,1](弱扰动状态)（1-1）图1.2摩尔库伦准则及采动应力的加卸载变换形式Fig.1.2MohrCoulombcriterionandMiningstresschangeformsunderdifferentloadingandunloadingconditions谢广祥等[39]通过数值分析提出应力壳概念，并提出应力壳的经典演化特征，
第1章绪论4同时提出了巷道应力壳的概念，巷道处于应力壳内的低应力区，应力壳的存在及其空间演化规律对巷道矿压显现具有重要意义，如图1.3所示：巷道围岩应力壳的空间分布对巷道围岩稳定性有关键性影响，且存在“稳定”和“非稳定”两种形态，维护巷道围岩稳定性的实质是保证巷道围岩应力壳形态的稳定。杨科等[40]总结分析走向长壁开采特点及采动应力壳演化和采动裂隙发育特征，构建了采动应力壳演化的三维分析模型，得了采动应力壳壳体演化形态方程和采动裂隙发育各参量间的关系。图1.3巷道应力壳示意图Fig.1.3Schematicdiagramofroadwaystressshell端宁[41]运用理论分析和FLAC3D有限差分程序相结合的方法，研究了深部开采扰动下，随工作面的推进巷道顶板不同位置处主应力演化规律，巷道顶板随工作面的回采规律如图1.4所示，分析可得出三维主应力方位角及倾角演化规律：即3在方位角呈现先增大后减小规律、2在方位角出现逐渐减小规律，但1方位角在整个回采过程中变化不明显；并得出了四种深部不同扰动下主应力路径演化规律。(a)最大主应力(b)中间主应力
【参考文献】：
期刊论文
[1]深部采场覆岩应力路径效应与失稳过程分析[J]. 庞义辉,王国法,李冰冰. 岩石力学与工程学报. 2020(04)
[2]采动影响下煤矿顶板岩层三维应力变化规律研究[J]. 曹怀轩. 水利与建筑工程学报. 2019(04)
[3]李雅庄煤矿水力压裂切顶技术应用研究[J]. 史春生. 能源与环保. 2018(07)
[4]回采工作面上隅角水力压裂切顶技术及其应用[J]. 都海龙. 煤炭工程. 2017(12)
[5]矿井坚硬顶板定向水力压裂技术研究[J]. 黄小朋,张鹏鹏,闫耀飞. 中国煤炭. 2017(07)
[6]双巷布置留巷围岩塑性区演化规律及补强支护技术[J]. 李永恩,镐振,李波,霍天宏,张弘. 煤炭科学技术. 2017(06)
[7]煤柱留巷定向水力压裂卸压机理及试验[J]. 吴拥政,康红普. 煤炭学报. 2017(05)
[8]沿空留巷围岩应力演化规律及大变形机理分析[J]. 刘洪林,赵红超. 中国矿业. 2017(02)
[9]煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用[J]. 康红普,冯彦军. 煤炭科学技术. 2017(01)
[10]巷道围岩应力壳力学特征与工程实践[J]. 谢广祥,李传明,王磊. 煤炭学报. 2016(12)
博士论文
[1]回采工作面双巷布置留巷定向水力压裂卸压机理研究及应用[D]. 吴拥政.煤炭科学研究总院 2018
[2]主应力方向旋转变化条件下饱和砂土的动力特性试验研究[D]. 金丹.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]阳泉矿区回采工作面双巷布置留巷采动应力演化规律研究[D]. 吴乐.煤炭科学研究总院 2018
[2]布尔台煤矿小采放比综放面矿压规律及控制技术研究[D]. 郭瑞瑞.西安建筑科技大学 2018
[3]深部开采扰动诱发围岩应力场及能量场演化规律研究[D]. 端宁.中国矿业大学 2016
[4]矿用应力监测系统研究与实现[D]. 赵冰.西安科技大学 2011
[5]动压条件下巷道失稳机理及支护技术研究[D]. 李庆文.安徽理工大学 2010
[6]主应力轴旋转对原状软粘土宏观变形和微观结构影响的试验研究[D]. 管林波.浙江大学 2010
本文编号：3495879
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