采动覆岩结构的“关键层—松散层拱”理论及其应用研究

发布时间：2017-09-30 04:23

  本文关键词：采动覆岩结构的“关键层—松散层拱”理论及其应用研究

  更多相关文章： 岩层控制 “关键层-松散层拱” 覆岩承载结构 绿色开采

【摘要】：煤炭开采引起的一系列采动损害与环境问题都与岩层移动有关,认清采场上覆岩层移动规律的关键在于揭示采动覆岩承载结构形式及其运动规律。采动覆岩通常包含基岩和松散层两部分。传统上在研究采场上覆承载结构时将上覆松散层简化为均布载荷作用于基岩,忽略了松散层拱结构引起的岩层载荷分布特征的改变。事实上,我国华东和华北部分矿区广泛分布着厚度大于200 m的松散层地质条件,此时忽略松散层拱结构将会导致关键层结构及上覆岩层破断规律及稳定性特征计算结果的失真。这就要求建立采动覆岩承载结构时应综合考虑关键层结构和松散层拱结构,为此本文提出了采动覆岩结构的“关键层-松散层拱”理论。论文采用理论分析、模拟实验和现场实测等方法,开展了采动覆岩结构的“关键层-松散层拱”理论及其应用研究。研究了基岩中关键层结构的承载特性和松散层拱结构的形态特征。采场上覆基岩中的承载结构为关键层结构,关键层结构承载后主应力重新分布形成了应力拱,应力拱是关键层结构发挥承载作用的结果,而非一种承载结构。采场上覆松散层中的承载结构为松散层拱结构,其形成的临界松散层厚度可以按1.2Lm-0.9Σh(Lm工作面采宽,Σh基岩厚度)确定。建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的力学模型,得到了考虑松散层拱结构的主关键层破断时的内力分布的解析式和“砌体梁”结构的稳定性判据。采动覆岩“关键层-松散层拱”结构阻止了其上覆岩层下沉和变形,同时将上覆岩层载荷向采空区四周转移,工作面推进过程中,采动覆岩“关键层-松散层拱”结构周期性失稳并逐渐向上部发展,在主关键层初次破断之前,采动覆岩“关键层-松散层拱”结构主要影响主关键层的初次破断特征,而当主关键层进入周期破断时,该结构将同时影响主关键层的周期破断特征和“砌体梁”结构的稳定性。揭示了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构对采场上覆岩层破断失稳的影响机理。与传统的将上覆松散层简化为均布载荷相比,受松散层拱结构的影响,主关键层的初次和周期破断距增大,关键块的水平推力增大、剪切力减小,“砌体梁”结构不易发生滑落失稳,上覆关键层不会整体复合破断。修正了松散层载荷折减系数的确定方法,指导了关键层判别和岩层移动模拟研究过程中松散层等效载荷的计算,受松散层拱结构的影响,在关键层判别和岩层移动模拟实验中,松散层的载荷不能简化为均布载荷,其等效载荷等于上覆松散层载荷乘以载荷折减系数。理论分析结果得到了模拟实验和祁东煤矿7130工作面现场实测数据的验证。
【关键词】：岩层控制 “关键层-松散层拱” 覆岩承载结构 绿色开采
【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】：TD325
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-24
• 变量注释表24-26
• 1 绪论26-36
• 1.1 问题的提出及研究意义26-28
• 1.2 国内外研究现状28-34
• 1.3 主要研究内容及方法34-36
• 2 基岩关键层结构的承载特性研究36-48
• 2.1 关键层结构承载特性36-43
• 2.2 关键层承载特性的数值模拟研究43-47
• 2.3 本章小结47-48
• 3 松散层拱结构的力学模型及演化规律研究48-72
• 3.1 松散层拱结构特征方程49-57
• 3.2 松散层拱结构的力学模型57-65
• 3.3 松散层拱结构稳定性分析65-66
• 3.4 松散层拱结构演化规律的影响因素研究66-70
• 3.5 本章小结70-72
• 4 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构研究72-104
• 4.1 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的形成条件72-75
• 4.2 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的演化规律75-97
• 4.3 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的力学模型97-102
• 4.4 本章小结102-104
• 5 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构对采场上覆岩层破断失稳影响的理论研究104-130
• 5.1 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的关键层初次破断分析104-108
• 5.2 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的关键层周期破断分析108-112
• 5.3 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的“砌体梁”稳定性分析112-116
• 5.4 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的松散层载荷折减系数确定116-119
• 5.5 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的关键层破断规律的程序设计119-129
• 5.6 本章小结129-130
• 6 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构的应用研究130-152
• 6.1 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构在采场矿压中的应用130-142
• 6.2 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构在关键层判别中的应用142-147
• 6.3 采动覆岩“关键层-松散层拱”结构在岩层移动模拟研究中的应用147-150
• 6.4 本章小结150-152
• 7 主要研究成果及结论152-156
• 7.1 论文主要结论152-154
• 7.2 论文创新点154
• 7.3 研究展望154-156
• 参考文献156-169
• 作者简历169-172
• 学位论文数据集172

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯忠杰;组合关键层理论的应用研究及其参数确定[J];煤炭学报;2001年06期

2 许家林,钱鸣高;岩层控制关键层理论的应用研究与实践[J];中国矿业;2001年06期

3 赵洪亮;徐金海;;短壁开采的关键层变形与地表沉降耦合作用的数值分析[J];能源技术与管理;2008年01期

4 李琰庆;许冲;侯恩科;马露;何力强;;关键层初次破断前动态载荷研究[J];矿业研究与开发;2008年04期

5 张兆江;吴侃;张安兵;;基于关键层理论的沉陷变形起动距的确定[J];煤炭工程;2009年02期

6 刘士强;;关键层理论浅析[J];科技信息;2013年13期

7 钱鸣高,缪协兴,许家林;岩层控制中的关键层理论研究[J];煤炭学报;1996年03期

8 刘广责;姬刘亭;王志强;;采场上覆关键层弹性薄板断裂条件判定[J];煤炭工程;2009年07期

9 余伟健;王卫军;;矸石整体置换“三下”煤柱后关键层移动与等价采高的关系及其移动特征[J];矿冶工程;2011年04期

10 张沛;黄庆享;;单一关键层结构与上覆厚沙土层耦合作用研究[J];西安科技大学学报;2012年01期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 许家林;钱鸣高;;层状岩体移动与控制的关键层理论研究与应用[A];新世纪岩石力学与工程的开拓和发展——中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集[C];2000年

2 钱鸣高;许家林;缪协兴;;岩层控制的关键层理论及其应用[A];21世纪中国煤炭工业第五次全国会员代表大会暨学术研讨会论文集[C];2001年

3 李佃平;代进;;区域性关键层运动规律及其对采场矿压的影响[A];煤炭开采新理论与新技术——中国煤炭学会开采专业委员会2006年学术年会论文集[C];2006年

4 缪协兴;茅献彪;许家林;钱鸣高;;用关键层理论确定离层注浆的合理层位[A];面向国民经济可持续发展战略的岩石力学与岩石工程——中国岩石力学与工程学会第五次学术大会论文集[C];1998年

5 陈法兵;;关键层与煤层垂距对冲击地压危险性的影响以及回向摩擦力的初步研究[A];综采放顶煤技术理论与实践的创新发展——综放开采30周年科技论文集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 康立勋;《岩层控制的关键层理论》出版[N];中国矿业报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 汪锋;采动覆岩结构的“关键层—松散层拱”理论及其应用研究[D];中国矿业大学;2016年

2 朱卫兵;浅埋近距离煤层重复采动关键层结构失稳机理研究[D];中国矿业大学;2010年

3 伊茂森;神东矿区浅埋煤层关键层理论及其应用研究[D];中国矿业大学;2008年

4 于保华;高水压松散含水层下采煤关键层复合破断致灾机制研究[D];中国矿业大学;2009年

5 李福胜;浅埋薄基岩上下层同步开采技术研究[D];中国矿业大学（北京）;2014年

6 王志强;厚煤层错层位相互搭接工作面矿压显现规律研究[D];中国矿业大学（北京）;2009年

7 王勇;柴沟煤矿不同煤柱条件下的矿压显现规律[D];中国矿业大学（北京）;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郭杰凯;覆岩主关键层对超前支承压力的影响规律研究[D];中国矿业大学;2015年

2 何昌春;采动覆岩隔离注浆充填对关键层支撑作用的力学模型研究[D];中国矿业大学;2015年

3 曹洋;连续采煤机块段式开采覆岩关键层破断规律与控制研究[D];中国矿业大学;2015年

4 田云鹏;南梁煤矿间隔式采空区下煤层开采动压机理研究[D];西安科技大学;2015年

5 吕锡证;小纪汗煤矿11213综采面矿压规律研究[D];西安科技大学;2015年

6 温嘉辉;关键层运动影响采场矿压的实验监测系统及应用[D];中国矿业大学;2016年

7 李波;大采高综采采场直接顶关键层破断结构特征与稳定性研究[D];中国矿业大学;2016年

8 李伟豪;沟谷产状对浅埋煤层工作面关键层破断影响规律研究[D];中国矿业大学;2016年

9 白栋;关键层理论在黄土覆盖矿区开采沉陷的应用研究[D];内蒙古科技大学;2015年

10 王志刚;覆岩主关键层对导水裂隙演化影响的研究[D];中国矿业大学;2008年

，

本文编号：946130