基于中厚板理论的坚硬厚顶板破断致灾机制与控制研究
发布时间：2021-11-27 16:07
我国赋存有大量坚硬厚顶板煤层,该类煤层在进行长壁开采时,很容易形成强烈的矿压显现,比如工作面发生大面积切顶来压、支架压死、煤壁片帮与冒顶等事故,严重影响工作面的安全回采。长壁工作面顶板初次来压步距一般不大于40 m,即使基本顶较薄,也不满足“薄板”条件（厚跨比<0.1250.2）,尤其在坚硬厚顶板工作面,按照“薄板”理论分析顶板的受力与破断是不恰当的;另外,在工作面倾斜方向上,来压步距、来压强度和来压持续时间一般也会不同,在超长工作面这种差别更显著。因此,为了揭示坚硬顶板破断以后的空间形态,论文基于中厚板理论研究坚硬厚顶板的破断致灾机制,并提出控制方法。论文以坚硬顶板大采高综放工作面、复合顶板大采高工作面为工程背景,采用理论分析、数值计算、模拟实验平台开发与实验等手段,系统研究坚硬厚顶板变形与破坏理论解析、厚顶板破断空间形态与覆岩运动规律、以及坚硬厚顶板破断致灾机制与动载发生机理,在以下几方面进行了创新性研究:（1）推导了适用于煤矿坚硬厚顶板的中厚板理论模型,并给出了首采面和孤岛面的变形与应力分布的理论解;构建了采场覆岩破断与运移的力学模型,给出了断裂位置和...
【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】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
顶板破断造成工作面压架事故
1 绪论1 绪论1 Introduction1.1 论文选题背景及意义（Background and significance of thesis）在我国煤炭资源开采当中，井工开采中有 90%的煤炭产量源自于长壁开采，其中长壁开采中有 95%以上采用垮落法管理顶板，这与世界其他主要采煤国家有很大差别。长壁开采需要有一个稳定的回采空间，因此需要对采场岩层进行有效控制。经过几十年的发展，关于上覆岩层破断与移动规律的研究已经形成了较为完善的理论体系，但是对于厚基本顶工作面，如大同矿区坚硬顶板、冀中能源郭二庄巨厚火成岩顶板等条件，仍然有很多矿压现象无法解释。现象 1：在坚硬厚顶板工作面，即使选型液压支架工作阻力很大，但仍然无法避免压架事故发生，有些甚至造成严重的大面积切顶事故（见图 1-1）；现象 2：有些工作面煤岩灾变事故频繁发生，片帮和冒顶严重，工作面无法正常推进（见图 1-2）。
ining induced stress and strata behavior ingwall working face基本顶的破断受煤层赋存和开采条件影响显著，以塔山坚硬顶板面和口孜东矿千米埋深超长工作面为工程背景，对煤层赋存和开，并重点测试口孜东矿千米埋深工作面采动应力与矿压显现规律型建立与解析提供依据。 坚硬厚顶板特厚煤层综放工作面矿压显现特征(Stravior of top coal caving working face under hard and th.1 煤层赋存与开采条件同煤塔山矿主采 3-5 号煤层，煤层厚度 8.17～29.21m，平均 15.7°，平均 2°，地面标高 1452.4～1588.8 m，其中 8222 工作面标高煤层中含夹矸 2～17 层，夹矸总厚度在 0.26～5.20 m 之间，平均度在 0.05～0.82 m 之间变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]综采工作面液压支架-围岩自适应支护控制方法[J]. 任怀伟,杜毅博,侯刚. 煤炭科学技术. 2018(01)
[2]沿空巷道柔模支护方案优化设计及工程实践[J]. 邸馗,茅献彪,巩百川. 煤炭技术. 2018(01)
[3]沿空留巷围岩结构稳定性力学分析[J]. 李迎富,华心祝. 煤炭学报. 2017(09)
[4]基于煤壁稳定性控制的大采高工作面支架工作阻力确定[J]. 孔德中,杨胜利,高林,马振乾. 煤炭学报. 2017(03)
[5]Failure of hanging roofs in sublevel caving by shock collision and stress superposition[J]. Zong-Xian Zhang. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016(06)
[6]浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究[J]. 黄庆享,周金龙. 煤炭学报. 2016(S2)
[7]“两硬”条件下孤岛型短煤柱工作面顶板破断形态及灾害防治分析[J]. 王兆会,程占博. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[8]大倾角软煤综放工作面煤壁片帮机理及致灾机制[J]. 伍永平,郎丁,解盘石. 煤炭学报. 2016(08)
[9]两柱掩护式液压支架承载特性及其适应性研究[J]. 徐亚军,王国法,刘业献. 煤炭学报. 2016(08)
[10]Research into stope roof control of compound roof by solid backfilling mining[J]. Gao Rui,Zhang Jixiong,Spearing A.J.S.,Li Meng,An Baifu,Hao Deyong. International Journal of Mining Science and Technology. 2016(04)
博士论文
[1]含固支边或自由边矩形叠层厚板的状态空间解法研究[D]. 胡文锋.合肥工业大学 2017
[2]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
[3]海下金属矿床开采参数优化与安全预警研究[D]. 彭康.中南大学 2014
[4]大采高采场围岩控制理论及应用研究[D]. 弓培林.太原理工大学 2006
硕士论文
[1]承压水上采煤的流固耦合数值模拟[D]. 李文敏.安徽理工大学 2013
[2]采空区矿柱—顶板体系变形特征及其稳定性分析[D]. 王中秋.燕山大学 2012
[3]下伏采空区顶板安全厚度与动载下累积破坏效应分析[D]. 贾会会.燕山大学 2011
[4]大采高采场覆岩结构及围岩控制技术研究[D]. 何鹏飞.太原理工大学 2011
[5]扩展伽辽金法求解正交各向异性矩形中厚板的弯曲[D]. 王震.西安建筑科技大学 2009
[6]基于板模型的顶板力学分析及应用[D]. 刘俊.中国矿业大学 2008
[7]双参数弹性地基上中厚板的加权残值分析法[D]. 罗世平.湖南大学 2006
本文编号：3522625
【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】：158 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
顶板破断造成工作面压架事故
1 绪论1 绪论1 Introduction1.1 论文选题背景及意义（Background and significance of thesis）在我国煤炭资源开采当中，井工开采中有 90%的煤炭产量源自于长壁开采，其中长壁开采中有 95%以上采用垮落法管理顶板，这与世界其他主要采煤国家有很大差别。长壁开采需要有一个稳定的回采空间，因此需要对采场岩层进行有效控制。经过几十年的发展，关于上覆岩层破断与移动规律的研究已经形成了较为完善的理论体系，但是对于厚基本顶工作面，如大同矿区坚硬顶板、冀中能源郭二庄巨厚火成岩顶板等条件，仍然有很多矿压现象无法解释。现象 1：在坚硬厚顶板工作面，即使选型液压支架工作阻力很大，但仍然无法避免压架事故发生，有些甚至造成严重的大面积切顶事故（见图 1-1）；现象 2：有些工作面煤岩灾变事故频繁发生，片帮和冒顶严重，工作面无法正常推进（见图 1-2）。
ining induced stress and strata behavior ingwall working face基本顶的破断受煤层赋存和开采条件影响显著，以塔山坚硬顶板面和口孜东矿千米埋深超长工作面为工程背景，对煤层赋存和开，并重点测试口孜东矿千米埋深工作面采动应力与矿压显现规律型建立与解析提供依据。 坚硬厚顶板特厚煤层综放工作面矿压显现特征(Stravior of top coal caving working face under hard and th.1 煤层赋存与开采条件同煤塔山矿主采 3-5 号煤层，煤层厚度 8.17～29.21m，平均 15.7°，平均 2°，地面标高 1452.4～1588.8 m，其中 8222 工作面标高煤层中含夹矸 2～17 层，夹矸总厚度在 0.26～5.20 m 之间，平均度在 0.05～0.82 m 之间变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]综采工作面液压支架-围岩自适应支护控制方法[J]. 任怀伟,杜毅博,侯刚. 煤炭科学技术. 2018(01)
[2]沿空巷道柔模支护方案优化设计及工程实践[J]. 邸馗,茅献彪,巩百川. 煤炭技术. 2018(01)
[3]沿空留巷围岩结构稳定性力学分析[J]. 李迎富,华心祝. 煤炭学报. 2017(09)
[4]基于煤壁稳定性控制的大采高工作面支架工作阻力确定[J]. 孔德中,杨胜利,高林,马振乾. 煤炭学报. 2017(03)
[5]Failure of hanging roofs in sublevel caving by shock collision and stress superposition[J]. Zong-Xian Zhang. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2016(06)
[6]浅埋煤层大采高工作面矿压规律及顶板结构研究[J]. 黄庆享,周金龙. 煤炭学报. 2016(S2)
[7]“两硬”条件下孤岛型短煤柱工作面顶板破断形态及灾害防治分析[J]. 王兆会,程占博. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[8]大倾角软煤综放工作面煤壁片帮机理及致灾机制[J]. 伍永平,郎丁,解盘石. 煤炭学报. 2016(08)
[9]两柱掩护式液压支架承载特性及其适应性研究[J]. 徐亚军,王国法,刘业献. 煤炭学报. 2016(08)
[10]Research into stope roof control of compound roof by solid backfilling mining[J]. Gao Rui,Zhang Jixiong,Spearing A.J.S.,Li Meng,An Baifu,Hao Deyong. International Journal of Mining Science and Technology. 2016(04)
博士论文
[1]含固支边或自由边矩形叠层厚板的状态空间解法研究[D]. 胡文锋.合肥工业大学 2017
[2]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
[3]海下金属矿床开采参数优化与安全预警研究[D]. 彭康.中南大学 2014
[4]大采高采场围岩控制理论及应用研究[D]. 弓培林.太原理工大学 2006
硕士论文
[1]承压水上采煤的流固耦合数值模拟[D]. 李文敏.安徽理工大学 2013
[2]采空区矿柱—顶板体系变形特征及其稳定性分析[D]. 王中秋.燕山大学 2012
[3]下伏采空区顶板安全厚度与动载下累积破坏效应分析[D]. 贾会会.燕山大学 2011
[4]大采高采场覆岩结构及围岩控制技术研究[D]. 何鹏飞.太原理工大学 2011
[5]扩展伽辽金法求解正交各向异性矩形中厚板的弯曲[D]. 王震.西安建筑科技大学 2009
[6]基于板模型的顶板力学分析及应用[D]. 刘俊.中国矿业大学 2008
[7]双参数弹性地基上中厚板的加权残值分析法[D]. 罗世平.湖南大学 2006
本文编号：3522625
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