酸化煌斑岩物理力学特性及其对采场覆岩运移的影响

发布时间：2017-12-17 03:03

  本文关键词：酸化煌斑岩物理力学特性及其对采场覆岩运移的影响

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【摘要】：坚硬顶板条件下矿压显现规律相比于普通顶板条件下,其矿山压力显现更为剧烈。采掘煤层推进后,坚硬顶板大面积悬露但并不垮落,垮落步距较普通顶板条件下急剧增大。煤层采掘后,坚硬顶板应力重新分布,造成煤层围岩应力不均,此类硬脆性岩层吸收了大量弹性势能,并在峰值瞬间爆发,当其垮落时,可能会对采场和工作面造成严重破坏,甚至发生矿震和冲击地压事故。特别是在特厚煤层开采条件下,产生的后果更加严重。在大同矿区,煌斑岩以层状大面积状态侵入3-5号近20m厚的特厚煤层的顶板,形成坚硬顶板。通过对煌斑岩的岩石学特征研究发现,煌斑岩内部含有大量碳酸盐类成分,因此本文基于此,提出了使用酸溶液软化煌斑岩方法(简称这种方法为酸化),旨在降低煌斑岩强度,减小其冲击倾向性,降低坚硬顶板对下部特厚煤层开采的不利影响。本文从对酸化煌斑岩力学实验,微观实验,数值模拟方法入手,对溶液pH值,电导率值,酸化煌斑岩试样力学性质,扫描电镜结果,及建立的数值模拟模型等方面进行研究,得到酸化煌斑岩强度损伤情况,及微观上试样结构变化。通过建立UDEC模型,得到酸化前后特厚煤层开采时塑性区和垂直应力的变化。主要研究内容和成果如下:(1)对煌斑岩浸入酸溶液后溶液pH值和电导率值进行实时监测,结果显示,煌斑岩浸入酸后,溶液中反应可大致分为两个阶段,分别为迅速变化阶段:此阶段pH值快速上升,电导率值迅速下降,且随着溶液p H值的降低,此阶段有变长的趋势;缓慢变化阶段:在这个阶段内,pH值缓慢上升,电导率值缓慢降低。(2)通过实验室实验对酸化煌斑岩试样岩石特征和力学性能进行研究,探究煌斑岩酸化前后单轴抗压,巴西劈裂力学特征,质量损失,充分了解酸化煌斑岩特性。结果显示,酸化煌斑岩试样单轴抗压强度和巴西劈裂强度降低十分明显,且溶液p H值越小,强度损伤越大,弹性模量损伤越大,质量损失越多。(3)通过对酸化煌斑岩试样进行微观实验、元素分析及数值模拟模型建立,探究煌斑岩酸化前后微观结构变化,及从数值模拟方面探究试样模型的接触网络,接触力链变化。结果显示,酸化煌斑岩试样表面孔隙数量增多,尺寸增大,C元素缺失。与初始状态接触网络相比,接触网络区域断裂破坏显著,且浸泡试样的溶液pH值越小,破坏越显著。且接触力链较平衡状态变粗,意味着球体更容易被破坏。(4)通过建立煌斑岩酸化前后侵入条件下UDEC模型,得到酸化前后煤层及顶板活动规律影响。结果显示,与原始状态相比,煌斑岩顶板经酸软化后的初步垮落步距减小,降低了其作为坚硬顶板对下部煤层开采造成的不利影响。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD325

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本文编号：1298469