长壁开采上覆多年冻土层破断规律研究
发布时间：2020-12-20 04:38
青海木里煤田江仓矿区位于青藏高原北缘,矿区地表普遍分布着厚层多年冻土层。与一般的岩层相比,多年冻土层的完整性很好,在煤层开采过程中其对开采安全和地表损害特征都有显著影响。由于冻土的力学强度随温度而变化,因此考虑冻土层温度影响对进一步揭示煤层开采过程上覆多年冻土层破坏破断规律具有重要意义。本文以江仓矿区娘姆特煤矿首采区为具体工程背景,采用物理实验、数值模拟及理论分析等方法对大倾角煤层上覆多年冻土层的破断规律进行了研究分析。通过单轴压缩实验测试了不同温度下重塑冻土试件的抗压强度及抗拉强度,得到了温度与冻土强度的量化关系;通过FLAC3D软件对首采工作面进行模拟开挖,对开挖过程中多年冻上层的应力分布、运移规律及塑性区分布进行了分析。模拟结果显示受采动影响,冻土层应力分布变化不大,冻土层整体下沉约2m,且土体内部由于不同步运移产生位移差,温度变化对冻土位移影响明显,冻土层两侧发生明显塑性破坏;在通过理论分析和数值模拟基础上,建立力学模型对走向长壁开采冻土层走向破断步距进行分析计算,得到冻土破断步距的计算公式,推断出娘姆特煤矿首采区上覆多年冻土层的初次破断步距≤88m,周期破断步距≤11m。本文...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
，井下平行布置有主井、副井、风井，均为斜井井筒，矿井共划分为四个上山阶段，其中一水平阶段标高为+3560m。矿井设计初期以一水平二采区作为首采区，首采工作面布置在煤20中，由于煤20属于大倾角厚煤层，设计采用的采煤方法为长壁综放开采。根据矿井现场勘探相关资料数据显示，由于受到F16、F8两个规模较大的逆断层的影响（如图2.1），导致煤20的整体强度相对较低，煤质疏松易碎。煤20底板为厚泥岩层，硬度小，且在推进过程中存在鼓底现象。煤20受埋深和地表冻土层的影响，在开采工作进行时必然还存在着其他问题及风险。图2.129勘探线剖面图（局部）娘姆特煤矿矿区地表完全被冻土覆盖，并且该区域的冻土层有着范围广、厚度大的特点。经探测地表冻土层厚度呈西南区厚，东北区薄的分布规律，厚度范围为24m~88m不等（如表2.1）。娘姆特煤矿区域内整个第四系地层均为终年呈冻结状态的冻土层，其中首采区冻土层下界标高约为+3815m。通过钻孔数据了解到，首采区地表冻土层上部约有1.5m为季融层，其随季节变化发生冻融现象，融化后水会沿裂隙向下渗透，气温降低后会在裂隙中重新冻结形成冰。季融层融化后会发生沉降，在地表形成积水，这种冻融现象使当地工程地质条件相对恶劣。图2.2为矿区内露天矿井采坑显示的冻土层状态。
西安科技大学全日制工程硕士学位论文10图2.2露天采坑边第四系冻土层表2.1娘姆特井田钻孔冻土层厚度统计表勘探线-钻孔号冻土层厚度/m冻土层底板标高/m备注29-9087.093801.7钻孔冻冰深度29-9349.813774.9钻孔冻冰深度25-8549.843814.8钻孔冻冰深度29-8152.323829.6钻孔冻冰深度ZK28-134.983821.7钻孔冻冰深度ZK27-124.003825.1钻孔冻冰深度娘姆特煤矿地处高原高寒的平原地带，该地区地表植被发育以草甸、沼泽为主，属于高原高寒的草甸湿地类型。其整体地貌特征以冰水堆积的倾斜平原地貌单元为主，且分布广，覆盖区域大，由西至东大体为梁状丘陵分布形态。受高原地带的气候特征影响，矿区内土壤长期处于冻结状态。a冬季b夏季图2.3娘姆特煤矿典型地表地貌地表水分主要来源为积雪融化及自然降水，水分充足，但由于冻土层的透水性差，
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻土不同拉伸试验强度差异性研究[J]. 于长一,刘爱民,郭炳川,刘文彬. 岩土工程学报. 2019(S2)
[2]原状与重塑冻结黏土单轴抗压对比试验[J]. 陈士威,林斌. 煤矿安全. 2019(06)
[3]季冻土力学特性及试验技术研究[J]. 王淼. 国际地震动态. 2018(10)
[4]深厚冲积层人工冻土力学性能试验研究[J]. 宋朝阳,刘志强,谭杰,宁方波,胡晓旭. 煤炭工程. 2018(09)
[5]温度变化对冻土力学性质影响研究现状[J]. 刘亚,蒋宁山,李辉,李明丽. 青海科技. 2018(01)
[6]冻融循环条件下人工冻土力学特性试验研究[J]. 李栋伟,孙钦杰. 有色金属(矿山部分). 2017(05)
[7]冻土力学性质影响因素的显著性分析[J]. 闫冰. 科技风. 2017(10)
[8]拉–压–剪应力下细砂岩和粗砂岩破裂过程声发射特性研究[J]. 肖福坤,刘刚,秦涛,赵荣欣. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[9]平凉安家庄矿人工冻土力学性能试验分析[J]. 柴振乾,杨明红,李昆. 煤炭技术. 2015(09)
[10]多年冻土层覆盖矿井开采上限实验研究[J]. 索永录,樊庆强. 煤炭技术. 2014(05)
博士论文
[1]多年冻土层下大倾角煤层开采覆岩结构及其运动规律研究[D]. 商铁林.西安科技大学 2017
[2]低温作用下岩石动态力学性能试验研究[D]. 杨阳.中国矿业大学(北京) 2016
硕士论文
[1]娘姆特煤矿首采区综放工作面矿压规律研究[D]. 雷雨龙.西安科技大学 2017
[2]多年冻土层下煤层开采地表沉陷规律研究[D]. 刘超.西安科技大学 2017
[3]高寒湿地环境下煤炭开发的环境影响评价研究[D]. 马树超.兰州大学 2008
[4]厚硬顶板破断规律及控制研究[D]. 王高利.安徽理工大学 2008
本文编号：2927221
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
，井下平行布置有主井、副井、风井，均为斜井井筒，矿井共划分为四个上山阶段，其中一水平阶段标高为+3560m。矿井设计初期以一水平二采区作为首采区，首采工作面布置在煤20中，由于煤20属于大倾角厚煤层，设计采用的采煤方法为长壁综放开采。根据矿井现场勘探相关资料数据显示，由于受到F16、F8两个规模较大的逆断层的影响（如图2.1），导致煤20的整体强度相对较低，煤质疏松易碎。煤20底板为厚泥岩层，硬度小，且在推进过程中存在鼓底现象。煤20受埋深和地表冻土层的影响，在开采工作进行时必然还存在着其他问题及风险。图2.129勘探线剖面图（局部）娘姆特煤矿矿区地表完全被冻土覆盖，并且该区域的冻土层有着范围广、厚度大的特点。经探测地表冻土层厚度呈西南区厚，东北区薄的分布规律，厚度范围为24m~88m不等（如表2.1）。娘姆特煤矿区域内整个第四系地层均为终年呈冻结状态的冻土层，其中首采区冻土层下界标高约为+3815m。通过钻孔数据了解到，首采区地表冻土层上部约有1.5m为季融层，其随季节变化发生冻融现象，融化后水会沿裂隙向下渗透，气温降低后会在裂隙中重新冻结形成冰。季融层融化后会发生沉降，在地表形成积水，这种冻融现象使当地工程地质条件相对恶劣。图2.2为矿区内露天矿井采坑显示的冻土层状态。
西安科技大学全日制工程硕士学位论文10图2.2露天采坑边第四系冻土层表2.1娘姆特井田钻孔冻土层厚度统计表勘探线-钻孔号冻土层厚度/m冻土层底板标高/m备注29-9087.093801.7钻孔冻冰深度29-9349.813774.9钻孔冻冰深度25-8549.843814.8钻孔冻冰深度29-8152.323829.6钻孔冻冰深度ZK28-134.983821.7钻孔冻冰深度ZK27-124.003825.1钻孔冻冰深度娘姆特煤矿地处高原高寒的平原地带，该地区地表植被发育以草甸、沼泽为主，属于高原高寒的草甸湿地类型。其整体地貌特征以冰水堆积的倾斜平原地貌单元为主，且分布广，覆盖区域大，由西至东大体为梁状丘陵分布形态。受高原地带的气候特征影响，矿区内土壤长期处于冻结状态。a冬季b夏季图2.3娘姆特煤矿典型地表地貌地表水分主要来源为积雪融化及自然降水，水分充足，但由于冻土层的透水性差，
【参考文献】：
期刊论文
[1]冻土不同拉伸试验强度差异性研究[J]. 于长一,刘爱民,郭炳川,刘文彬. 岩土工程学报. 2019(S2)
[2]原状与重塑冻结黏土单轴抗压对比试验[J]. 陈士威,林斌. 煤矿安全. 2019(06)
[3]季冻土力学特性及试验技术研究[J]. 王淼. 国际地震动态. 2018(10)
[4]深厚冲积层人工冻土力学性能试验研究[J]. 宋朝阳,刘志强,谭杰,宁方波,胡晓旭. 煤炭工程. 2018(09)
[5]温度变化对冻土力学性质影响研究现状[J]. 刘亚,蒋宁山,李辉,李明丽. 青海科技. 2018(01)
[6]冻融循环条件下人工冻土力学特性试验研究[J]. 李栋伟,孙钦杰. 有色金属(矿山部分). 2017(05)
[7]冻土力学性质影响因素的显著性分析[J]. 闫冰. 科技风. 2017(10)
[8]拉–压–剪应力下细砂岩和粗砂岩破裂过程声发射特性研究[J]. 肖福坤,刘刚,秦涛,赵荣欣. 岩石力学与工程学报. 2016(S2)
[9]平凉安家庄矿人工冻土力学性能试验分析[J]. 柴振乾,杨明红,李昆. 煤炭技术. 2015(09)
[10]多年冻土层覆盖矿井开采上限实验研究[J]. 索永录,樊庆强. 煤炭技术. 2014(05)
博士论文
[1]多年冻土层下大倾角煤层开采覆岩结构及其运动规律研究[D]. 商铁林.西安科技大学 2017
[2]低温作用下岩石动态力学性能试验研究[D]. 杨阳.中国矿业大学(北京) 2016
硕士论文
[1]娘姆特煤矿首采区综放工作面矿压规律研究[D]. 雷雨龙.西安科技大学 2017
[2]多年冻土层下煤层开采地表沉陷规律研究[D]. 刘超.西安科技大学 2017
[3]高寒湿地环境下煤炭开发的环境影响评价研究[D]. 马树超.兰州大学 2008
[4]厚硬顶板破断规律及控制研究[D]. 王高利.安徽理工大学 2008
本文编号：2927221
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