强度折减法在立井揭煤突出危险性分析中的应用

发布时间：2017-07-30 13:21

  本文关键词：强度折减法在立井揭煤突出危险性分析中的应用

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【摘要】：煤与瓦斯突出是煤矿井下生产过程中的一种强大的地质灾害,是一种伴有剧烈声响和强烈冲击的异常的动力现象。由浅部不断扩展到深部开采以及开采强度的增大,立井揭穿具有煤与瓦斯突出危险性煤层的危险性也在增加,给煤矿的安全高效生产带来了巨大的压力。近年来,随着计算机技术和有限元分析软件的发展成熟,有限元强度折减法已被绝大多数学者与工程技术人员认可,在岩土工程领域的应用得到了迅速发展。有限元强度折减法极大地扩大了极限分析法的适用性,能对地质条件复杂的岩土工程问题进行分析,不受几何形状,边界条件和材料不均匀性的约束,此外,有限元强度折减法可以自动生成破坏面,不需要像传统极限分析方法那样先假设破坏面的位置。本文主要将有限元强度折减法运用到立井揭煤数值模拟中,研究分析立井揭煤过程中掘进工作面煤岩体应力分布规律和煤层塑性区位置范围,进而指导矿井揭煤现场前探钻孔和瓦斯抽放钻孔的设计,对防治煤与瓦斯突出具有十分巨大的理论和实践意义。本文以淮南潘三矿深部进风井立井掘进工作面为研究对象,利用有限元强度折减法,结合现场收集资料、理论分析和数值模拟,对立井揭煤中掘进工作面煤岩体应力分布规律和煤层塑性区位置范围变化进行了研究和分析。数值模拟结果表明：不同井筒直径、不同岩柱厚度和不同煤层瓦斯压力条件下立井掘进工作面周围煤岩体的应力分布规律大体相似,都存在着应力集中区,卸压区和原始应力区。针对立井掘进工作面周围煤岩体应力分布特点,采用扇形密集钻孔连续抽采瓦斯,抽采49天左右,累计抽采煤层瓦斯量53991m3,煤层瓦斯预抽率高达50.8%,5-2煤组评价区域内残余瓦斯压力最大值为0.05MPa,残余瓦斯含量最大值为2.6m3/t。有效的降低了煤层的瓦斯压力和瓦斯含量,防突效果十分显著。研究成果对于指导矿井井下钻孔的布置、测定瓦斯压力和含量和防治煤与瓦斯突出动力现象具有相当重要的意义,有效地保证了矿井的安全生产。
【关键词】：强度折减法 煤与瓦斯突出 ABAQUS 应力分布 瓦斯压力 瓦斯抽采 防突措施
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD713
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 问题的提出及其研究意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 强度折减法发展现状13-16
• 1.2.2 立井揭突出煤层研究现状16-19
• 1.3 研究内容和技术路线19-22
• 1.3.1 研究内容19
• 1.3.2 技术路线19-22
• 2 有限元强度折减法理论22-30
• 2.1 有限元强度折减法的原理22-23
• 2.2 有限元强度折减法的优势23
• 2.3 有限元强度折减法满足条件23-24
• 2.4 书馆构模型的选取24-25
• 2.4.1 弹性本构模型24
• 2.4.2 理想弹塑性本构模型24-25
• 2.4.3 强度折减法中材料本构模型的选择25
• 2.5 有限元模型极限状态的判据25
• 2.6 屈服准则的研究与选用25-28
• 2.6.1 广义米赛斯准则25-27
• 2.6.2 摩尔-库仑屈服准则27-28
• 2.7 网格划分以及计算参数对计算精度的影响28-30
• 3 强度折减法在立井揭煤中的数值模拟30-48
• 3.1 ABAQUS有限元软件30-31
• 3.2 ABAQUS/Standard中流体渗流问题31
• 3.3 物理模型的建立31-33
• 3.4 强度折减法在ABAQUS中的运用33
• 3.5 数值模拟结果分析33-46
• 3.5.1 不同井筒直径下掘进工作面煤岩体应力和煤层塑性区分布规律及其模拟结果分析33-37
• 3.5.2 不同岩柱厚度下掘进工作面煤岩体应力和煤层塑性区分布规律及其模拟结果分析37-42
• 3.5.3 不同瓦斯压力下掘进工作面煤岩体应力和煤层塑性区分布规律及其模拟结果分析42-46
• 3.6 主要创新点46
• 3.7 本章小结46-48
• 4 潘三矿深部进风井立井揭煤突出危险性分析应用48-64
• 4.1 深部进风井井筒概况48-49
• 4.2 煤层突出危险性预测49-57
• 4.2.1 前探钻孔设计50
• 4.2.2 测压钻孔设计50-54
• 4.2.3 煤层瓦斯压力测定54-55
• 4.2.4 煤层瓦斯含量测算55-57
• 4.3 防突技术措施57-60
• 4.4 瓦斯抽采效果考查60-61
• 4.5 防突效果分析61-62
• 4.5.1 残余瓦斯压力测定61
• 4.5.2 残余瓦斯含量测算61-62
• 4.6 本章小结62-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 主要结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 6 致谢70-72
• 7 作者简介及研究生阶段取得的成果72

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本文编号：594414