呼吉尔特深部矿区坚硬顶板宽煤柱采场爆破减压降冲原理与实践
发布时间：2022-01-10 12:21
我国西部矿区多为浅部开采,但目前已有个别矿区如内蒙古呼吉尔特矿区进入深埋煤炭资源的开采阶段,上述矿区主采煤层上方还赋存有坚硬顶板,且多数矿井工作面区段煤柱设计为2040m宽煤柱,随着采深的增加、坚硬顶板的存在和生产布局影响,采场中冲击矿压显现频次与强度逐渐增加,给深部煤炭资源开发与职工安全带来极大威胁。为此,论文以我国内蒙古呼吉尔特矿区埋深超过600m的3-1煤层工作面为工程背景,采用现场实测、理论分析、模拟研究、实验室测试及实践验证等方法,针对深部坚硬顶板宽煤柱条件下冲击矿压的显现特征、诱发机理及爆破降冲原理及技术等方面开展研究,成果主要体现在如下方面:（1）现场监测数据分析发现了呼吉尔特矿区采场冲击矿压具有“小周期显现”、“大周期显现”与“特殊显现”3种显现形式,并根据冲击矿压发生区域采场特点提出了侧向多层悬顶与采空残留悬顶2种采场结构形态。（2）建立了“冲击施载结构”失稳动荷载与“冲击承载结构”平衡静荷载的计算模型,推导了3个时间阶段动载能量的表达式,并根据动载模型得到了分阶段“冲击承载结构”能量失稳准则。（3）模拟研究了门克庆煤矿采场结构演化一般规律,发现...
【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】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
覆岩破裂模型（悬臂梁）
博士学位论文称“马鞍形”分布逐渐演变为“拱形”分布。如果煤柱的支承能力满足要求，且叠加后的峰值应力小于煤柱极限承载能力，则煤柱会暂时保持稳定。（4）煤柱的稳定并不是持续存在的，随着时间延长，煤柱靠近采空区侧的区域会出现失稳破坏现象，造成煤柱内承载结构尺寸减小，当应力峰值超过煤柱内承载结构的极限强度后，煤柱会突然整体压缩失稳，随着煤柱压缩，上覆岩层会出现进一步的运动，上传至高位岩层后会呈现出图 3-4（e）所示的覆岩破断情况，此时，会产生破断动载，传导至工作面区域时会诱发工作面冲击。研究“冲击承载结构”（煤柱）受动载影响的失稳形态，应结合动载来源“冲击施载结构”（顶板）系统考虑。一般认为顶板的刚度 kr要大于煤体的刚度 kc，若顶板出现下沉引起的动载将施加在煤柱中，此时，煤柱较为容易失稳破坏。将顶板简化为上部受上覆岩层荷载及自重作用，下部受煤柱影响的板状结构，并将各层顶板简化为弹性体。根据煤柱的流变与突变特性，可以将煤柱看做为弹性结构与脆性结构的集合体。假设煤柱是由 n 个等距的弹脆性结构组成，建立简化弹性-弹脆性模型如图 3-5 所示。
段工作面已开采后，已经不具备前工作面巷道施工巷道内施工切顶孔，设计两种钻孔：煤柱上方钻孔，钻孔目的是切断悬顶完整性，改变效果，每组钻孔设计为两个，共分为了 M-A、M-M-B、M-C 组为低位岩层弱化钻孔，M-D 组为高位 6-2 与图 6-3 所示。表 6-2 本工作面煤柱上方钻孔施工参数表ruction parameter table of boreholes above the present coal pilla序号 钻孔深度/m 1 22 2 36 1 36 2 50 1 50 2 64 1 64 2 80
【参考文献】：
期刊论文
[1]爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟[J]. 李鹏,周佳,李振. 长江科学院院报. 2018(05)
[2]切缝药包微差爆破爆生裂纹扩展机理[J]. 岳中文,张士春,邱鹏,宋耀,路燕龙,孙堰竹. 煤炭学报. 2018(03)
[3]不耦合爆破技术在高应力区域卸压效果[J]. 刘志刚,曹安业,朱广安,王常彬,井广成. 爆炸与冲击. 2018(02)
[4]坚硬顶板条件下采动岩体能量分布规律与矿压显现特征[J]. 孔维锋. 煤矿安全. 2017(09)
[5]高位硬厚岩层采动覆岩结构演化特征及致灾规律[J]. 张培鹏,蒋力帅,刘绪峰,张贞良,刘旭. 采矿与安全工程学报. 2017(05)
[6]8.5 m采高综采工作面顶板运动及支承压力分布特征理论研究[J]. 邸帅,王继仁,宋桂军. 煤炭学报. 2017(09)
[7]Coal pillar mechanics of violent failure in U.S. Mines[J]. Maleki Hamid. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(03)
[8]煤矿冲击矿压动静载的“应力场–震动波场”监测预警技术[J]. 窦林名,姜耀东,曹安业,刘海顺,巩思园,蔡武,朱广安. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[9]坚硬顶板条件下临空煤柱失稳机制与防治技术[J]. 王涛,由爽,裴峰,白兴平. 采矿与安全工程学报. 2017(01)
[10]An assessment of coal pillar system stability criteria based on a mechanistic evaluation of the interaction between coal pillars and the overburden[J]. Reed Guy,Mctyer Kent,Frith Russell. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(01)
博士论文
[1]深部复合地层隧道TBM施工岩爆孕育及控制机理研究[D]. 蒋邦友.中国矿业大学 2017
[2]坚硬顶板条件冲击地压发生机理及控制对策[D]. 汤建泉.中国矿业大学(北京) 2016
[3]厚煤层综放开采的降载减冲原理及其工程实践[D]. 李振雷.中国矿业大学 2016
[4]聚能爆破煤体增透及裂隙生成机理研究[D]. 吕鹏飞.中国矿业大学（北京） 2014
[5]爆破动载对新喷混凝土影响的模型试验研究[D]. 耿慧辉.中国矿业大学（北京） 2014
[6]浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采覆岩运动规律及控制[D]. 王方田.中国矿业大学 2012
[7]煤体爆破作用机理及试验研究[D]. 褚怀保.河南理工大学 2011
硕士论文
[1]胡家河煤矿特厚坚硬煤层煤柱区冲击矿压规律及防治研究[D]. 苏振国.中国矿业大学 2015
[2]石拉乌素煤矿多层复合岩层大巷围岩稳定性控制技术研究[D]. 赵占全.中国矿业大学 2015
[3]初始应力下岩石爆破过程模拟研究[D]. 范光华.东北大学 2014
[4]坚硬顶板综采工作面矿压显现规律研究[D]. 牛广军.中国矿业大学 2014
[5]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
[6]孔壁岩石裂缝起裂扩展的动态数值模拟[D]. 张宝康.中国石油大学 2008
[7]爆炸荷载下岩石爆破损伤断裂机理研究[D]. 王辉.西安科技大学 2003
本文编号：3580699
【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】：180 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
覆岩破裂模型（悬臂梁）
博士学位论文称“马鞍形”分布逐渐演变为“拱形”分布。如果煤柱的支承能力满足要求，且叠加后的峰值应力小于煤柱极限承载能力，则煤柱会暂时保持稳定。（4）煤柱的稳定并不是持续存在的，随着时间延长，煤柱靠近采空区侧的区域会出现失稳破坏现象，造成煤柱内承载结构尺寸减小，当应力峰值超过煤柱内承载结构的极限强度后，煤柱会突然整体压缩失稳，随着煤柱压缩，上覆岩层会出现进一步的运动，上传至高位岩层后会呈现出图 3-4（e）所示的覆岩破断情况，此时，会产生破断动载，传导至工作面区域时会诱发工作面冲击。研究“冲击承载结构”（煤柱）受动载影响的失稳形态，应结合动载来源“冲击施载结构”（顶板）系统考虑。一般认为顶板的刚度 kr要大于煤体的刚度 kc，若顶板出现下沉引起的动载将施加在煤柱中，此时，煤柱较为容易失稳破坏。将顶板简化为上部受上覆岩层荷载及自重作用，下部受煤柱影响的板状结构，并将各层顶板简化为弹性体。根据煤柱的流变与突变特性，可以将煤柱看做为弹性结构与脆性结构的集合体。假设煤柱是由 n 个等距的弹脆性结构组成，建立简化弹性-弹脆性模型如图 3-5 所示。
段工作面已开采后，已经不具备前工作面巷道施工巷道内施工切顶孔，设计两种钻孔：煤柱上方钻孔，钻孔目的是切断悬顶完整性，改变效果，每组钻孔设计为两个，共分为了 M-A、M-M-B、M-C 组为低位岩层弱化钻孔，M-D 组为高位 6-2 与图 6-3 所示。表 6-2 本工作面煤柱上方钻孔施工参数表ruction parameter table of boreholes above the present coal pilla序号 钻孔深度/m 1 22 2 36 1 36 2 50 1 50 2 64 1 64 2 80
【参考文献】：
期刊论文
[1]爆炸应力波在层状节理岩体中传播规律及数值模拟[J]. 李鹏,周佳,李振. 长江科学院院报. 2018(05)
[2]切缝药包微差爆破爆生裂纹扩展机理[J]. 岳中文,张士春,邱鹏,宋耀,路燕龙,孙堰竹. 煤炭学报. 2018(03)
[3]不耦合爆破技术在高应力区域卸压效果[J]. 刘志刚,曹安业,朱广安,王常彬,井广成. 爆炸与冲击. 2018(02)
[4]坚硬顶板条件下采动岩体能量分布规律与矿压显现特征[J]. 孔维锋. 煤矿安全. 2017(09)
[5]高位硬厚岩层采动覆岩结构演化特征及致灾规律[J]. 张培鹏,蒋力帅,刘绪峰,张贞良,刘旭. 采矿与安全工程学报. 2017(05)
[6]8.5 m采高综采工作面顶板运动及支承压力分布特征理论研究[J]. 邸帅,王继仁,宋桂军. 煤炭学报. 2017(09)
[7]Coal pillar mechanics of violent failure in U.S. Mines[J]. Maleki Hamid. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(03)
[8]煤矿冲击矿压动静载的“应力场–震动波场”监测预警技术[J]. 窦林名,姜耀东,曹安业,刘海顺,巩思园,蔡武,朱广安. 岩石力学与工程学报. 2017(04)
[9]坚硬顶板条件下临空煤柱失稳机制与防治技术[J]. 王涛,由爽,裴峰,白兴平. 采矿与安全工程学报. 2017(01)
[10]An assessment of coal pillar system stability criteria based on a mechanistic evaluation of the interaction between coal pillars and the overburden[J]. Reed Guy,Mctyer Kent,Frith Russell. International Journal of Mining Science and Technology. 2017(01)
博士论文
[1]深部复合地层隧道TBM施工岩爆孕育及控制机理研究[D]. 蒋邦友.中国矿业大学 2017
[2]坚硬顶板条件冲击地压发生机理及控制对策[D]. 汤建泉.中国矿业大学(北京) 2016
[3]厚煤层综放开采的降载减冲原理及其工程实践[D]. 李振雷.中国矿业大学 2016
[4]聚能爆破煤体增透及裂隙生成机理研究[D]. 吕鹏飞.中国矿业大学（北京） 2014
[5]爆破动载对新喷混凝土影响的模型试验研究[D]. 耿慧辉.中国矿业大学（北京） 2014
[6]浅埋房式采空区下近距离煤层长壁开采覆岩运动规律及控制[D]. 王方田.中国矿业大学 2012
[7]煤体爆破作用机理及试验研究[D]. 褚怀保.河南理工大学 2011
硕士论文
[1]胡家河煤矿特厚坚硬煤层煤柱区冲击矿压规律及防治研究[D]. 苏振国.中国矿业大学 2015
[2]石拉乌素煤矿多层复合岩层大巷围岩稳定性控制技术研究[D]. 赵占全.中国矿业大学 2015
[3]初始应力下岩石爆破过程模拟研究[D]. 范光华.东北大学 2014
[4]坚硬顶板综采工作面矿压显现规律研究[D]. 牛广军.中国矿业大学 2014
[5]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
[6]孔壁岩石裂缝起裂扩展的动态数值模拟[D]. 张宝康.中国石油大学 2008
[7]爆炸荷载下岩石爆破损伤断裂机理研究[D]. 王辉.西安科技大学 2003
本文编号：3580699
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