大倾角煤层长壁伪俯斜采
发布时间：2022-01-04 23:52
大倾角煤层长壁工作面开采过程中,存在支架受载不均匀且易发生倾倒下滑、煤壁片帮与飞矸频发等岩层控制难题,长壁伪俯斜综合机械化开采方法是解决上述难题的有效途径,研究大倾角长壁伪俯斜“支架-围岩”相互作用机理,不仅对该类工作面的支架选型具有重要指导意义,也丰富了大倾角煤层长壁开采理论。本文以绿水洞煤矿地质和开采技术条件为工程背景,采用物理相似模拟实验、数值模拟、现场实测等研究手段,对大倾角长壁伪俯斜工作面围岩应力、位移演化特征,支架-围岩相互作用特征等进行了系统研究,主要结论如下:（1）大倾角长壁伪俯斜工作面来压具有分区性和时序性。工作面中部先来压,上部次之,下部最后来压;来压的持续时间表现为下部最长,上部次之,中部最短,且中上部区域的矿压显现大于下部区域。工作面顶板垮落具有时序性,矸石对于工作面下部的充填是一个动态的过程,可分为四个阶段:①分区域不均匀充填;②上部区域矸石下滑;③中、上部垮落矸石将第二阶段的未充填区域充填;④采空区距支架较远的区域,矸石充填的上边界沿走向呈直线状。（2）工作面不同区域破断顶板对支架的作用形式及程度不同,倾斜中部垮落矸石对支架的作用为“砸、压、推”,倾斜下部主...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2大倾角煤层长壁伪俯斜采场支架与围岩作用特征数值模拟分析11表2.2煤和岩体的力学参数序号岩石名称容重(kg/m3)体积模量(MPa)剪切模量(MPa)泊松比抗拉强度(MPa)粘结力(MPa)内摩擦角(deg)1泥岩和灰岩2420416728690.221.83.5372钙质泥岩2550343538760.091.91.837.53粘土泥岩2420238111630.291.92.632.94煤136016675370.290.61.332.95泥岩和页岩2520265018020.301.62.4326砂岩和页岩2530337238160.141.74.520.4根据支架与围岩相互作用力研究的需求，本章研究主要采用犀牛软件Rhino+Kbrix+FLAC3D相结合的数值建模与分析方法，对大倾角大采高条件下，复合夹矸顶板与支架相互作用特征进行深入分析。以四川绿水洞煤矿ZZ3600/15/36JD型伪俯斜综采液压支架为研究对象，其最大结构高度3.6m，支架宽度为1.68m，最大工作阻力3600kN，支架结构主要包括：立柱液压缸、前连杆、底座、后连杆、掩护梁、平衡液压缸、顶梁；同时，铰接点包括：前连杆铰接点、后连杆铰接点、掩护梁－顶梁铰接点、平衡液压缸铰接点、立柱液压缸铰接点等。首先采用犀牛软件Rhino建立液压支架的三维模型，见图2.2。建模时，顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆按照弹性体处理，底座视为刚性体。其中Rhino进行网格划分，再通过Kbrix导入FLAC3D中实现。图2.2三维支架数值计算模型
2大倾角煤层长壁伪俯斜采场支架与围岩作用特征数值模拟分析13（a）数值计算建立模型（b）等比例支架模型图2.3数值计算模型根据计算模型建立大倾角煤层三维数值计算模型，FLAC3D三维模型应用rhinoceros外置建模生成，尺寸为宽X×厚Y×高Z=100m×200m×134m，工作面放置等比例支架30个，沿工作面倾向，从下到上依次编号为1#-30#支架，工作面推进方向沿Y轴正方向，开挖80m，前后各留40m边界煤柱，采用Mohr-Coulomb本构模型，应变模式采用大应变变形模式，模型底部限制垂直移动，上部施加覆岩等效载荷5.0MPa，模型前后和侧面限制水平移动，整个模型由3941511个单元组成，包括648205个节点。应用FLAC3D建立的三维数值计算模型见图2.4，三维数值计算模型原岩应力云图见图2.5。在进行开挖计算前，需对模型进行初始平衡计算，通过计算，使得岩层处于原岩应力状态。图2.4数值计算模型图（左：立体图，右：正视图）
【参考文献】：
期刊论文
[1]千米深井大采高俯采工作面四柱液压支架适应性分析[J]. 王国法,胡相捧,刘新华,于翔,刘万财,吕益,郑植. 煤炭学报. 2020(03)
[2]大倾角煤层走向长壁开采支架稳定性力学分析[J]. 罗生虎,伍永平,解盘石,王红伟,张浩. 煤炭学报. 2019(09)
[3]急倾斜煤层伪俯斜走向长壁工作面煤壁破坏机理[J]. 杨胜利,赵斌,李良晖. 煤炭学报. 2019(02)
[4]大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析[J]. 罗生虎,伍永平,解盘石,王红伟,刘宝恒,李昂. 煤炭学报. 2018(12)
[5]大倾角软煤大采高综采工作面伪斜布置[J]. 贠东风,任奉天,伍永平,雷奇,谷斌. 煤矿安全. 2018(11)
[6]大倾角综采工作面液压支架刚柔组合倾覆力矩平衡的支护原理及其应用[J]. 王国法,徐亚军,李丁一. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[7]大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制[J]. 杨科,池小楼,刘帅. 煤炭学报. 2018(07)
[8]液压可伸缩柔性掩护支架在斌郎煤矿的应用研究[J]. 唐锋. 煤炭工程. 2018(02)
[9]俯伪斜开采采场顶板破断模型与工程实测研究[J]. 潘瑞凯,曹树刚,沈大富,梁俊林,廖建国. 采矿与安全工程学报. 2017(04)
[10]大倾角变角度综放工作面顶板运移与支架稳定性分析[J]. 王红伟,伍永平,解盘石,曹沛沛,郭峰. 中国矿业大学学报. 2017(03)
博士论文
[1]大倾角煤层长壁开采围岩应力演化及结构稳定性研究[D]. 王红伟.西安科技大学 2014
[2]倒“S”型复杂煤层开采方法优化研究与应用[D]. 张伟.中国矿业大学（北京） 2011
硕士论文
[1]木城涧反程序开采相似模拟实验和数值模拟研究[D]. 王亮.辽宁工程技术大学 2007
[2]梁宝寺矿复杂煤层开采技术研究[D]. 许灵.山东科技大学 2005
本文编号：3569305
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
2大倾角煤层长壁伪俯斜采场支架与围岩作用特征数值模拟分析11表2.2煤和岩体的力学参数序号岩石名称容重(kg/m3)体积模量(MPa)剪切模量(MPa)泊松比抗拉强度(MPa)粘结力(MPa)内摩擦角(deg)1泥岩和灰岩2420416728690.221.83.5372钙质泥岩2550343538760.091.91.837.53粘土泥岩2420238111630.291.92.632.94煤136016675370.290.61.332.95泥岩和页岩2520265018020.301.62.4326砂岩和页岩2530337238160.141.74.520.4根据支架与围岩相互作用力研究的需求，本章研究主要采用犀牛软件Rhino+Kbrix+FLAC3D相结合的数值建模与分析方法，对大倾角大采高条件下，复合夹矸顶板与支架相互作用特征进行深入分析。以四川绿水洞煤矿ZZ3600/15/36JD型伪俯斜综采液压支架为研究对象，其最大结构高度3.6m，支架宽度为1.68m，最大工作阻力3600kN，支架结构主要包括：立柱液压缸、前连杆、底座、后连杆、掩护梁、平衡液压缸、顶梁；同时，铰接点包括：前连杆铰接点、后连杆铰接点、掩护梁－顶梁铰接点、平衡液压缸铰接点、立柱液压缸铰接点等。首先采用犀牛软件Rhino建立液压支架的三维模型，见图2.2。建模时，顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆按照弹性体处理，底座视为刚性体。其中Rhino进行网格划分，再通过Kbrix导入FLAC3D中实现。图2.2三维支架数值计算模型
2大倾角煤层长壁伪俯斜采场支架与围岩作用特征数值模拟分析13（a）数值计算建立模型（b）等比例支架模型图2.3数值计算模型根据计算模型建立大倾角煤层三维数值计算模型，FLAC3D三维模型应用rhinoceros外置建模生成，尺寸为宽X×厚Y×高Z=100m×200m×134m，工作面放置等比例支架30个，沿工作面倾向，从下到上依次编号为1#-30#支架，工作面推进方向沿Y轴正方向，开挖80m，前后各留40m边界煤柱，采用Mohr-Coulomb本构模型，应变模式采用大应变变形模式，模型底部限制垂直移动，上部施加覆岩等效载荷5.0MPa，模型前后和侧面限制水平移动，整个模型由3941511个单元组成，包括648205个节点。应用FLAC3D建立的三维数值计算模型见图2.4，三维数值计算模型原岩应力云图见图2.5。在进行开挖计算前，需对模型进行初始平衡计算，通过计算，使得岩层处于原岩应力状态。图2.4数值计算模型图（左：立体图，右：正视图）
【参考文献】：
期刊论文
[1]千米深井大采高俯采工作面四柱液压支架适应性分析[J]. 王国法,胡相捧,刘新华,于翔,刘万财,吕益,郑植. 煤炭学报. 2020(03)
[2]大倾角煤层走向长壁开采支架稳定性力学分析[J]. 罗生虎,伍永平,解盘石,王红伟,张浩. 煤炭学报. 2019(09)
[3]急倾斜煤层伪俯斜走向长壁工作面煤壁破坏机理[J]. 杨胜利,赵斌,李良晖. 煤炭学报. 2019(02)
[4]大倾角大采高综采工作面支架受载与失稳特征分析[J]. 罗生虎,伍永平,解盘石,王红伟,刘宝恒,李昂. 煤炭学报. 2018(12)
[5]大倾角软煤大采高综采工作面伪斜布置[J]. 贠东风,任奉天,伍永平,雷奇,谷斌. 煤矿安全. 2018(11)
[6]大倾角综采工作面液压支架刚柔组合倾覆力矩平衡的支护原理及其应用[J]. 王国法,徐亚军,李丁一. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[7]大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制[J]. 杨科,池小楼,刘帅. 煤炭学报. 2018(07)
[8]液压可伸缩柔性掩护支架在斌郎煤矿的应用研究[J]. 唐锋. 煤炭工程. 2018(02)
[9]俯伪斜开采采场顶板破断模型与工程实测研究[J]. 潘瑞凯,曹树刚,沈大富,梁俊林,廖建国. 采矿与安全工程学报. 2017(04)
[10]大倾角变角度综放工作面顶板运移与支架稳定性分析[J]. 王红伟,伍永平,解盘石,曹沛沛,郭峰. 中国矿业大学学报. 2017(03)
博士论文
[1]大倾角煤层长壁开采围岩应力演化及结构稳定性研究[D]. 王红伟.西安科技大学 2014
[2]倒“S”型复杂煤层开采方法优化研究与应用[D]. 张伟.中国矿业大学（北京） 2011
硕士论文
[1]木城涧反程序开采相似模拟实验和数值模拟研究[D]. 王亮.辽宁工程技术大学 2007
[2]梁宝寺矿复杂煤层开采技术研究[D]. 许灵.山东科技大学 2005
本文编号：3569305
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