坚硬顶板条件冲击地压发生机理及控制对策

发布时间：2017-10-04 21:25

  本文关键词：坚硬顶板条件冲击地压发生机理及控制对策

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【摘要】：当前,在存在“冲击倾向性”的煤岩中掘进维护巷道和推进回采工作面,导致煤岩在矿山压力作用下剧烈的震动性破坏,引发“冲击地压”、“煤与瓦斯突出”等重大事故灾害,严重地威胁着我国煤矿安全生产。因此,在深入的研究相关事故发生的原因以及事故实现的条件的基础上,深化事故控制理论的研究及实现从根本上排除相关事故威胁的目标,是当前我国实现煤矿安全生产的大事。论文采用案例分析、理论模型、数值模拟、工程实例验证等方法系统揭示了坚硬顶板条件下冲击地压灾害发生机理,提出了冲击地压控制方法,具体取得如下创新性研究成果。(1)论文明确了在重力场影响下,煤岩中压缩弹性能与受采动影响范围内覆岩的弯曲弹性能构成了冲击地压主要动力源。并明确指出覆岩弯曲弹性能最大值产生在最大弯矩的部位,由此不难得出回采工作面冲击地压是两部分压缩弹性能叠加作用的结果。在采场支承压力分布的高应力区(即外应力场)特别是应力高度集中的部位,开掘和维护巷道是回采巷道发生冲击地压的根源。在存在“内应力场”的条件下,实现在采场上覆岩层(即裂断拱内岩层)运动进入基本稳定状态的内应力场中开掘和维护巷道以及推进回采工作面可以可靠地避免冲击地压的发生。(2)论文深化了“冲击地压”动力源应力基础的研究,指出了成煤经构造运动推动形成的构造应力场的应力分布特征,并揭示了在原始构造应力场垂直地表方向的构造应力可以超过重力的条件,从而纠正了构造应力场中水平应力恒大于垂直应力的传统认识。论文正确指出,残余构造应力场的高应力部位储存着高强度的压缩弹性能,在该部位开掘回采巷道和推进回采工作面都有诱发该部位高强度压缩弹性能释放,导致强烈冲击地压发生的危险。(3)采用跳采方法形成的孤岛工作面处于煤壁压缩弹性能和顶板弯曲弹性能叠加作用下,其发生冲击地压的可能性取决于采动条件,当孤岛工作面相邻工作面长度足够长(大于老顶初次断裂步距),其老顶可以充分运动塌垮时,孤岛工作面没有冲击危险;相反,当孤岛工作面相邻工作面长度小于老顶初次断裂步距时,孤岛工作面有不可避免的冲击危险。基于该认识提出了跳采工作面冲击地压控制方法。(4)阐明了无煤柱开采的技术体系构成,指明了无煤柱开采发展的方向,及突破的重点,描述了切顶成巷结构力学模型,分析了无煤柱切顶成巷技术的功能。研发了用于无煤柱切成巷的柔帘密封装置及其应用方法,设计了切顶成巷实施工艺。(5)在哈拉沟煤矿对切顶成巷效果进行工程验证,并且创新性提出了冲击地压PU在线监测系统,对施工过程中巷道围岩进行了较为细致监测。结果表明:切顶成巷取消了煤柱,实现了无煤柱开采,矿压显现较小,可以有效控制冲击地压灾害的发生。
【关键词】：坚硬顶板 冲击地压 压缩弹性能 弯曲弹性能 切顶成巷
【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD324
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 引言10-20
• 1.1 问题的提出10-11
• 1.2 冲击地压研究的现状及深化研究的方向11-16
• 1.3 存在的问题及深化研究的方向16-17
• 1.4 论文研究的内容、关键科学问题及方法和路线17-20
• 2 坚硬顶板冲击地压案例分析20-42
• 2.1 煤柱护巷冲击地压事故分析20-29
• 2.2 存在构造应力场冲击地压案例分析29-32
• 2.3 跳采工作面冲击地压案例分析32-39
• 2.4 本章小结39-42
• 3 坚硬顶板条件冲击地压致灾机理42-70
• 3.1 研究工作的理论基础42-52
• 3.2 原始重力应力场煤柱护巷冲击地压发生机理52-56
• 3.3 构造应力场击地压发生机理56-62
• 3.4 开采参数不当引起冲击地压发生机理62-68
• 3.5 本章小结68-70
• 4 坚硬顶板冲击地压发生机理数值模拟70-84
• 4.1 煤柱护巷应力分布特征基础数值模拟70-73
• 4.2 不同煤柱宽度应力分布规律73-76
• 4.3 构造应力场工程开挖应力响应的数值模拟76-83
• 4.4 本章小结83-84
• 5 坚硬顶板冲击地压控制措施84-96
• 5.1 无煤柱开采技术构成及发展方向84-87
• 5.2 柔帘密封切顶成巷设计87-95
• 5.3 本章小结95-96
• 6 冲击地压PU在线监测系统及工程应用96-118
• 6.1 冲击地压远程监控系统设计96-101
• 6.2 工程概况101-102
• 6.3 切顶卸压自动成巷设计方案102-110
• 6.4 冲击地压PU监测系统工程应用110-116
• 6.5 小结116-118
• 7 结语与创新点118-120
• 7.1 结语118-119
• 7.2 创新点119
• 7.3 展望119-120
• 参考文献120-128
• 致谢128-130
• 作者简介130-131

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢和平;高峰;鞠杨;;深部岩体力学研究与探索[J];岩石力学与工程学报;2015年11期

2 薛俊华;段昌瑞;;直覆厚硬顶板无煤柱留巷技术[J];煤炭学报;2014年S2期

3 谢和平;周宏伟;薛东杰;王宏伟;张茹;高峰;;煤炭深部开采与极限开采深度的研究与思考[J];煤炭学报;2012年04期

4 谢和平;周宏伟;刘建锋;高峰;张茹;薛东杰;张勇;;不同开采条件下采动力学行为研究[J];煤炭学报;2011年07期

5 李忠华;潘一山;张啸;尹亮亮;;高压水射流切槽煤层卸压机理[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年01期

6 冯国瑞;王鲜霞;康立勋;;A probe into“mining technique in the condition of floor failure”for coal seam above longwall goafs[J];Journal of Coal Science & Engineering(China);2008年01期

7 刘晓斐;王恩元;何学秋;刘贞堂;赵恩来;王云刚;;回采工作面应力分布的电磁辐射规律[J];煤炭学报;2007年10期

8 何满潮;谢和平;彭苏萍;姜耀东;;深部开采岩体力学及工程灾害控制研究[J];煤矿支护;2007年03期

9 何满潮,谢和平,彭苏萍,姜耀东;深部开采岩体力学研究[J];岩石力学与工程学报;2005年16期

10 周宏伟,谢和平,左建平;深部高地应力下岩石力学行为研究进展[J];力学进展;2005年01期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 周楠;固体充填防治坚硬顶板动力灾害机理研究[D];中国矿业大学;2014年

2 李定启;煤与瓦斯突出矿井瓦斯治理现状评价方法及应用[D];中国矿业大学;2011年

3 文志杰;无煤柱沿空留巷控制力学模型及关键技术研究[D];山东科技大学;2011年

4 张后全;岩石厚壁圆筒高压卸载环状劈裂及其相关力学行为研究[D];中国矿业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周澎;华亭煤矿综放煤柱区冲击地压防治研究[D];西安科技大学;2010年

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本文编号：972942