深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏规律研究

发布时间：2017-10-06 15:25

  本文关键词：深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏规律研究

  更多相关文章： 深部仰斜开采 覆岩变形 超前裂隙 相似模拟 数值模拟

【摘要】：随着浅部资源的逐渐枯竭,深部开采成为世界各国资源开发的发展趋势。而深部开采是一个复杂的课题,与浅部开采有着明显的区别,一些理论还未完善,特别是对深部条件下的仰斜开采研究比较少,对深部仰采条件下工作面覆岩破坏规律的认识还不全面,不足以指导实际生产。因此,对深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏规律的研究具有重要的意义。本文以开滦集团唐山矿为地质背景,主要研究工作及结论有:(1)对深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏机理进行的研究,包括:针对不同的开采角度,分别分析了不同角度下的工作面覆岩变形破坏形式,得出当所采煤层倾角较小时(12°以下),工作面覆岩的变形破坏形式可划分为垮落带,裂缝带和弯曲带,当所采煤层倾角较大时,工作面覆岩的变形破坏形式可分为岩层的垮落、弯曲及沿层理面的滑移;建立基本顶初次来压与周期来压的力学模型,得出基本顶来压时的破断位置为上支承端上表面,计算出基本顶的初次来压与周期来压步距分别为112.68m、35.4m;通过分析深部仰斜开采工作面前上方煤岩受采动及沿煤层向下的层向分力的影响,得出工作面上方岩梁在工作面前方就有可能发生断裂,出现超前裂隙。(2)利用相似模拟实验通过对不同推进距离下工作面覆岩的垮落形态、位移及应力变化进行分析,得出:①老顶的初次垮落步距约为120m,影响高度约为30m,周期垮落步距约为30m,影响高度约为45m。受沿煤层倾斜向下的层向分力的作用,老顶周期性垮落体的形状呈平行四边形,一对平行线与煤层倾斜方向一致,一对平行线与工作面的推进方向形成一个钝角,即垮落体有沿煤层倾斜方向向采空区一侧滑移的趋势。②在仰采工作面推进过程中,超前工作面30-90m位置会产生与工作面推进方向成110°-130°的裂隙,裂隙的影响高度约为105-199m,裂隙的产生导致工作面覆岩的下沉量增大,裂隙附近的覆岩应力发生突然释放而减小。③在回采及超前裂隙的作用下上覆岩层的破坏影响范围呈现出梯形演化规律。④在保护煤柱与工作面前方一定位置处会出现集中应力,在老顶发生初次垮落时应力集中现象最明显,应力值分别为33MPa、29.9MPa,应力集中系数分别为2.06、1.87。(3)运用数值模拟的方法对不同推进距离的工作面覆岩的垮落形态、位移与应力变化情况进行研究,得出:①老顶的初次垮落步距为115m,初次垮落影响高度约为25m。周期垮落步距为35m,周期垮落的影响高度约为40m。垮落后的岩体有向采空区滑移的趋势。②工作面前方一定范围煤岩与工作面后方保护煤柱会出现应力集中现象,边界保护煤柱一直处于应力集中状态。当老顶初次垮落时应力值达到最大,保护煤柱处与前方煤岩的应力值分别为35MPa、32MPa。(4)结合理论分析、数值模拟与相似模拟实验研究及煤矿实际情况,提出深部仰斜开采下需注意的几个关键问题并提出了相应的防治措施。
【关键词】：深部仰斜开采 覆岩变形 超前裂隙 相似模拟 数值模拟
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD325
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 选题背景及研究意义11-12
• 1.2 相关研究动态12-18
• 1.2.1 国内外深部开采研究动态12-14
• 1.2.2 国内外倾斜长壁开采研究动态14-15
• 1.2.3 深部仰斜开采工作面覆岩变形研究现状15-18
• 1.3 问题的提出18-21
• 1.3.1 主要研究内容及手段18-19
• 1.3.2 研究技术路线19-21
• 第二章 深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏机理研究21-35
• 2.1 仰斜开采工作面覆岩变形破坏形式21-23
• 2.2 仰斜开采基本顶的力学分析23-29
• 2.2.1 仰斜开采基本顶的运动和初次来压特点23-26
• 2.2.2 仰斜开采基本顶的周期来压特点26-28
• 2.2.3 仰斜开采工作面前方覆岩的变形特点28-29
• 2.3 深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏的主要影响因素29-33
• 2.3.1 深部开采对工作面覆岩变形破坏的影响29-31
• 2.3.2 仰采角度对工作面覆岩变形破坏的影响31
• 2.3.3 采高对工作面覆岩变形破坏的影响31-32
• 2.3.4 推进速度对工作面覆岩变形破坏的影响32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 深部仰斜开采相似模拟研究35-63
• 3.1 相似模拟实验理论35-36
• 3.2 相似模拟实验设备36-38
• 3.3 相似模拟实验模型的设计38-44
• 3.3.1 实验原型概况38-39
• 3.3.2 模型的设计39-42
• 3.3.3 实验测点的布置42-43
• 3.3.4 工作面的开挖及数据采集43-44
• 3.4 相似模拟实验工作面覆岩破坏特征分析44-60
• 3.4.1 工作面推进过程中覆岩的破坏情况44-49
• 3.4.2 工作面覆岩变形破坏应力分析49-55
• 3.4.3 工作面覆岩变形破坏位移分析55-60
• 3.5 本章小结60-63
• 第四章 深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏数值模拟63-77
• 4.1 深部仰斜开采模型的建立63-68
• 4.1.1 UDEC模拟岩块运动的原理63-65
• 4.1.2 计算模型65-67
• 4.1.3 模拟过程67-68
• 4.2 数值模拟与结果分析68-76
• 4.2.1 工作面推进过程中覆岩变形及位移分析68-73
• 4.2.2 工作面推进过程中的应力分析73-76
• 4.3 本章小结76-77
• 第五章 深部仰斜工作面开采关键的问题77-89
• 5.1 深部仰斜工作面片帮问题的研究77-81
• 5.1.1 仰斜开采煤壁片帮的主要形式77-80
• 5.1.2 深部仰斜工作面煤壁片帮的防治80-81
• 5.2 深部仰斜工作面顶板支护的研究81-84
• 5.2.1 仰斜开采工作面支架的下滑问题研究81-82
• 5.2.2 仰斜开采工作面支架与围岩的作用关系82-83
• 5.2.3 深部仰斜开采工作面支架的注意事项83-84
• 5.3 超前裂隙对工作面的影响及防治84-87
• 5.4 本章小结87-89
• 第六章 结论与展望89-91
• 6.1 主要结论89-90
• 6.2 不足与展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-97
• 附录A:攻读硕士期间发表的学术论文97
• 附录B:攻读硕士期间参与的科研项目97
• 附录C:攻读硕士期间参加的学术会议97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 傅先杰;特殊推覆体下开采覆岩破坏特性浅析[J];矿业安全与环保;2000年S1期

2 傅先杰;特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征浅析[J];煤炭科技;2001年03期

3 石文球;特殊推覆体下开采覆岩破坏及其地表沉降特征浅析[J];煤炭技术;2005年08期

4 张华兴,张刚艳,许延春;覆岩破坏裂缝探测技术的新进展[J];煤炭科学技术;2005年09期

5 檀双英;康永华;刘治国;张玉军;张刚艳;;祁东煤矿综采覆岩破坏特征[J];煤炭科学技术;2006年09期

6 葛英豪;肖建辉;刘文中;冯士安;;许疃煤矿8223工作面开采覆岩破坏特征的研究[J];煤矿安全;2009年03期

7 王金安;纪洪广;张燕;;不整合地层下开采覆岩移动变异性研究[J];煤炭学报;2010年08期

8 张玉军;;钻孔电视探测技术在煤层覆岩裂隙特征研究中的应用[J];煤矿开采;2011年03期

9 刘凯;;地面电磁法探测覆岩破坏的应用[J];科技资讯;2012年02期

10 沈永炬;黄远;;不同间距多煤层开采覆岩破坏特征的数值模拟[J];中国矿业;2012年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 金洪伟;许家林;朱卫兵;;覆岩移动的拱-梁组合结构模型的初步研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集（1）[C];2009年

2 孙如华;李文平;李小琴;;叠加开采顶板覆岩变形破坏研究[A];第八届全国工程地质大会论文集[C];2008年

3 张庆松;高延法;刘松玉;;覆岩结构破坏度模型及其应用研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集（下册）[C];2003年

4 杨逾;范学理;刘文生;赵德深;;覆岩离层注浆中注浆量的确定[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

5 李培现;谭志祥;闫丽丽;邓喀中;;采动覆岩裂隙发育数值模拟力学参数反演[A];岩石力学与工程的创新和实践：第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年

6 刘昆轮;张传玖;;宽沟煤矿覆岩活动及应力演化的数值模拟研究[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2012年学术年会论文集[C];2012年

7 李刚;梁冰;;采场覆岩层渗流场形成机理及其应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集（二）[C];2007年

8 易德礼;康永华;赵开全;;祁东煤矿高水压裂隙岩体综采覆岩破坏规律研究[A];矿山地质灾害成灾机理与防治技术研究与应用[C];2009年

9 杨居友;;覆岩(离层)注浆工程自动监测系统的研究[A];开滦矿区采矿技术与实践文集[C];2009年

10 耿养谋;;矿山开采覆岩应力拱演化规律研究[A];2009矿山灾害预防控制学术研讨会论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 于辉;近距离煤层开采覆岩结构运动及矿压显现规律研究[D];中国矿业大学(北京);2015年

2 金志远;浅埋近距煤层重复扰动区覆岩导水裂隙发育规律及其控制[D];中国矿业大学;2015年

3 贾凯军;超高水材料袋式充填开采覆岩活动规律与控制研究[D];中国矿业大学;2015年

4 吴士良;对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律[D];山东科技大学;2002年

5 马其华;长壁采场覆岩“O”型空间结构及相关矿山压力研究[D];山东科技大学;2005年

6 汪华君;四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动及控制研究[D];山东科技大学;2006年

7 尹增德;采动覆岩破坏特征及其应用研究[D];山东科技大学;2007年

8 李春意;覆岩与地表移动变形演化规律的预测理论及实验研究[D];中国矿业大学（北京）;2010年

9 常西坤;深部开采覆岩形变及地表移动特征基础实验研究[D];山东科技大学;2010年

10 胡青峰;特厚煤层高效开采覆岩与地表移动规律及预测方法研究[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 李东雷;深部采煤采动阶段覆岩运动规律及多因素耦合致灾机理研究[D];河北工程大学;2015年

2 周璇;采动条件下覆岩地电场响应特征研究[D];中国矿业大学;2015年

3 陈现辉;大同矿区双系煤层开采覆岩大范围运动规律及结构特征研究[D];中国矿业大学;2015年

4 郭金帅;大倾角综采面覆岩活动规律研究[D];中国矿业大学;2015年

5 程晋国;停采线侧村庄压煤采动覆岩隔离注浆充填钻孔布置的研究[D];中国矿业大学;2015年

6 刘星辉;覆岩结构大面积异常来压规律及岩石声发射预测机理探讨[D];山东农业大学;2015年

7 胡晓阳;基于异速生长理论的采动覆岩离层时空分布规律与沉陷模型研究[D];青岛理工大学;2015年

8 代沛;缓倾斜中厚煤层采动应力场时空演化及覆岩破裂规律[D];重庆大学;2015年

9 韩佩博;三维采动应力条件下煤层覆岩及底板裂隙场演化规律与瓦斯运移特征研究[D];重庆大学;2015年

10 刘家云;深部仰斜开采工作面覆岩变形破坏规律研究[D];太原理工大学;2016年

，

本文编号：983514