掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术

发布时间：2017-08-16 11:31

  本文关键词：掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术

  更多相关文章： 掘采全过程 综放开采 沿空掘巷 巷道围岩 变形机理 控制技术

【摘要】：近年来沿空掘巷技术在我国得到了广泛的应用,但在生产中进行沿空巷道支护设计与施工时基本根据经验或工程类比来选择支护形式和参数,面临着巷道维护困难、变形量大等问题。因此针对掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术进行研究对提高煤炭采出率、确保巷道安全具有重要意义。本文综合运用试验测试、理论分析、数值计算模拟和现场实测等方法与手段,对掘采全过程综放沿空巷道围岩变形和应力演化规律进行了系统的研究,取得了如下成果:(1)利用万能试验机及MTS815.02岩石力学测试系统对煤岩岩样进行了基本力学性能及三轴蠕变性能测试,得到了煤岩蠕变变形规律,根据三元件Kelvin模型和改进的西原模型建立了三维应变状态下的蠕变本构方程,得出了不同应力条件下的蠕变曲线,为沿空巷道煤岩变形分析提供了理论依据。(2)基于沿空掘巷巷道围岩变形及回采工作面覆岩运移规律并结合巷道围岩大小结构稳定性原理,分析了控制上区段弧形三角岩块稳定性的关键因素,建立了沿空巷道直接顶结构力学模型;系统分析了掘巷前、后直接顶结构受力特征,建立了弧形三角关键块体稳定性判定方程。(3)根据放顶煤沿空巷道围岩结构特征,分析了顶煤稳定性影响因素,建立了顶煤变形力学模型,在Winkler弹性地基梁模型的基础上得到了顶煤下沉曲线(值)的解析解。通过MATLAB编制计算程序,分析不同支护强度下顶煤下沉量与顶煤刚度的关系,得到了顶板下沉值与顶煤刚度的关系。(4)基于回采阶段综放面沿空巷道围岩变形特征,研究了二次采动影响下基本顶压力叠加分布规律,建立了基本顶的非均匀弹性垫层薄板力学模型,分析了影响基本顶稳定的因素;根据沿空巷道顶板变形研究成果,建立实体煤帮和窄煤柱的平面应变流变力学模型,提出沿空巷道需随着采掘活动的变化分阶段分步骤的加强支护,并结合现场实际确定了窄煤柱合理留设宽度。(5)通过数值模拟分析在掘进及回采期间不同宽度护巷煤柱的受力及变形大小,研究了窄煤柱宽度对掘巷期间和回采期间巷道应力和变形的影响,综合分析确定了窄煤柱合理留设宽度。(6)对新安煤矿3304工作面材料巷掘进与回采期间围岩稳定性、支护效果进行了全面的监测,工程实践表明窄煤柱沿空掘巷稳定关键在于窄煤柱,因此加强窄煤柱支护,从而提高其承载能力,有利于减少三角块回转下沉、顶煤下沉,同时保证了窄煤柱自身稳定,减小两帮相对移近量,达到巷道围岩整体稳定。
【关键词】：掘采全过程 综放开采 沿空掘巷 巷道围岩 变形机理 控制技术
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-22
• 变量注释表22-27
• 1 绪论27-40
• 1.1 研究目的及意义27
• 1.2 国内外研究现状27-37
• 1.3 研究内容和方法37-38
• 1.4 技术路线38-39
• 1.5 主要创新点39-40
• 2 巷道围岩流变特性力学性能测试40-56
• 2.1 围岩变形特征40
• 2.2 围岩基本力学性能测试40-48
• 2.3 煤岩体蠕变性能测试48-50
• 2.4 煤岩体蠕变力学模型50-54
• 2.5 本章小结54-56
• 3 掘巷阶段综放沿空巷道围岩稳定特征及破坏规律56-78
• 3.1 综放沿空巷道围岩的基本特征56-57
• 3.2 掘巷阶段综放沿空巷道覆岩运动规律57-61
• 3.3 掘巷阶段综放沿空巷道围岩大结构稳定性分析61-67
• 3.4 掘巷阶段综放沿空巷道围岩小结构稳定性分析67-77
• 3.5 本章小结77-78
• 4 回采阶段综放沿空巷道围岩变形及破坏规律78-109
• 4.1 普通综放回采巷道围岩破坏特征和岩层受力分布78-81
• 4.2 回采阶段综放沿空巷道围岩破坏特征和岩层受力分布81-84
• 4.3 回采阶段沿空巷道围岩变形理论分析84-107
• 4.4 本章小结107-109
• 5 综放沿空巷道围岩应力和变形数值模拟109-128
• 5.1 数值计算模型及模拟方案109-112
• 5.2 掘巷阶段巷道围岩应力分布规律112-116
• 5.3 回采阶段巷道围岩应力及变形分析116-127
• 5.4 本章小结127-128
• 6 综放沿空巷道围岩变形控制及现场实践128-153
• 6.1 工程背景128-129
• 6.2 沿空巷道支护设计129-133
• 6.3 巷道支护效果分析133-152
• 6.4 本章小结152-153
• 7 结论与展望153-155
• 7.1 结论153-154
• 7.2 展望154-155
• 参考文献155-167
• 作者简历167-169
• 学位论文数据集169

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 裴树茂;;沿空掘进探放水工艺及应用[J];现代矿业;2013年07期

2 谢金洪;;沿空护巷关键技术在金刚煤矿的应用[J];煤炭科学技术;2013年S2期

3 高武;大采深沿空掘进使用可缩工钢可行性分析[J];河北煤炭;1998年01期

4 谭仕侃,孙其美;沿空送巷支护技术探讨与实践[J];山东煤炭科技;1998年03期

5 周广山;张孝鲁;张恒;;1302工作面沿空送巷支护技术的实践[J];煤矿现代化;2006年02期

6 王海生;辛东京;;百善煤矿6537沿空机巷优化运输系统设计[J];煤炭技术;2008年11期

7 董世刚;;沿空全断面留巷支护技术[J];能源技术与管理;2012年02期

8 黄新元，张晓明;应用沿空送巷回收边角煤炭[J];煤矿开采;1994年01期

9 邢志臣，刘义生;钱家营矿1191工作面泵送高水速凝材料沿空护巷[J];煤炭工程师;1994年03期

10 彭绍杰，朱德明，，连传杰;矸石充填沿空护巷技术的试验与应用[J];煤炭工程师;1995年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王庆照;夏至村;井绪文;;沿空煤柱对其底板压力观测研究及应用[A];煤矿安全高效开采理论技术与实践[C];2010年

2 辛东京;;老巷与沿空送巷平行“零距离”连接技术[A];第六届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2011年

3 马乡林;高绪龙;张庆国;;沿空送巷技术在灵泉矿七采区试用的可行性[A];煤矿重大灾害防治技术与实践——2008年全国煤矿安全学术年会论文集[C];2008年

4 杨宗坡;;平顶山矿区沿空掘进探放水工艺优化及应用[A];第七次煤炭科学技术大会文集（下册）[C];2011年

5 丁少平;冯浩然;熊新龙;甘金荣;;沿空送巷在厚煤层中的应用[A];赣闽皖苏湘五省煤炭学会联合学术交流会论文集[C];2004年

6 张传伟;陈爱和;徐燕凌;;Ⅳ311机巷沿空掘进突出危险性分析[A];中国煤炭学会矿井地质专业委员会2008年学术论坛文集[C];2008年

7 何满潮;孙晓明;魏光;;底板不稳定型沿空顺槽煤巷支护荷载的确定[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年

8 郭正宝;;沿空动压巷道围岩应力分布规律研究[A];纪念中国煤炭学会成立五十周年省（区、市）煤炭学会学术专刊[C];2012年

9 何满潮;孙晓明;金泰;席景德;;沿空顺槽围岩应力分布“驼峰模型”研究[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年

10 孙晓明;何满潮;王春秋;王同良;史哲;;底板稳定型沿空顺槽煤巷支护荷载的确定[A];世纪之交软岩工程技术现状与展望[C];1999年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 张磊鑫;沿空造巷开采技术提高煤炭采出率[N];地质勘查导报;2008年

2 付莉;在急倾斜巷道实施“沿空护巷”[N];中国煤炭报;2008年

3 梁勇;祁东矿安全管理“三位一体”保生产[N];经理日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 祁方坤;掘采全过程综放沿空巷道围岩变形机理及控制技术[D];中国矿业大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 周华龙;沿空巷道围岩变形特征及控制技术研究[D];安徽理工大学;2008年

2 郭正宝;沿空动压巷道围岩稳定性与支护技术研究[D];山东科技大学;2011年

3 左贵强;沿空动压巷道平衡支护技术研究与应用[D];山东科技大学;2010年

4 刘倡清;靖远矿区综放沿空护巷试验与技术研究[D];西安科技大学;2005年

本文编号：683053