倾斜煤层窄煤柱综放面覆岩裂隙演化规律数值模拟研究

发布时间：2021-02-07 03:59

　　由于日益增长的煤炭资源需求增加,近年来越来越多矿井逐步向深部开采,需要面临一系列深部开采的难题,例如复杂的动力灾害、冲击地压及煤层瓦斯突出等事故,造成严重的经济和财产损失。因此,提升现阶段煤炭资源回采率及采空区覆岩裂隙场卸压瓦斯抽采效果显得尤为重要。本文通过理论分析、物理实验、数值模拟以及现场实测分析的方法,对倾斜煤层综放面窄煤柱的应力分布特征及不同煤柱宽度下采动覆岩裂隙场的演化规律开展了深入研究,初步取得如下研究成果:（1）基于硫磺沟煤矿（4-5）06工作面沿空掘巷窄煤柱的地质条件,分析了倾斜煤层沿空掘巷围岩结构稳定性及建立窄煤柱力学结构模型,并且通过强度测试物理实验得到了工作面煤岩体的强度参数及破坏形式。（2）建立了倾斜煤层沿空掘巷基本顶的力学模型,通过理论推导计算得到了区段煤柱载荷及煤柱合理取值范围、覆岩“三带”及关键层高度等参数。（3）设计留设不同煤柱宽度时的沿空掘巷数值模拟方案,通过采用模拟软件ABAQUS4.0模拟不同煤柱宽度时,煤柱应力及稳定性的变化,分析了不同煤柱尺寸对煤柱应力的变化关系,建立了煤柱应力与宽度的变化模型。（4）基于倾斜煤层窄煤柱覆岩采动裂隙分布的复杂性,... 

【文章来源】：西安科技大学陕西省

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 煤柱合理宽度研究现状
        1.2.2 煤柱稳定性研究现状
        1.2.3 采动覆岩裂隙演化规律的研究现状
        1.2.4 存在的问题
    1.3 主要研究内容及技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法及技术路线
2 倾斜煤层沿空掘巷围岩结构稳定性分析
    2.1 沿空掘巷窄煤柱力学结构模型
    2.2 沿空掘巷围岩结构稳定性分析
    2.3 煤柱载荷及宽度的理论分析
    2.4 煤岩体力学参数测试
        2.4.1 地质条件概况
        2.4.2 煤岩体力学特性实验
        2.4.3 煤岩体试验结果
    2.5 采场覆岩高度的理论计算
        2.5.1 关键层位置的判别
        2.5.2 覆岩“三带”高度计算
    2.6 本章小结
3 倾斜煤层沿空掘巷窄煤柱及围岩应力变化规律研究
    3.1 模型建立及模拟方案
        3.1.1 模拟软件的选取
        3.1.2 模拟方案
        3.1.3 模型建立及边界条件设置
    3.2 模拟结果分析
        3.2.1 不同煤柱宽度条件下煤柱应力变化规律
        3.2.2 煤柱宽度与煤柱应力的变化关系模型
        3.2.3 倾斜煤层煤柱合理宽度的确定
    3.3 本章小结
4 倾斜煤层不同尺寸煤柱下采动覆岩裂隙演化规律数值模拟
    4.1 模拟方案及模型建立
        4.1.1 模拟软件的选择
        4.1.2 本构模型选择
        4.1.3 模拟方案
        4.1.4 模型建立
    4.2 不同煤柱宽度下采空区覆岩分布特征
        4.2.1 工作面走向覆岩采动裂隙演化模拟结果分析
        4.2.2 工作面倾向覆岩采动裂隙演化模拟结果分析
    4.3 采动覆岩裂隙带高度的煤柱宽度效应分析
        4.3.1 覆岩“三带”高度分析
        4.3.2 采动覆岩关键层应力分析
        4.3.3 采动覆岩关键层离层分析
        4.3.4 压实区高度与煤柱宽度的关系
    4.4 本章小结
5 倾斜煤层窄煤柱护巷综放面采动覆岩裂隙分布实测分析
    5.1 工作面概况
    5.2 工作面覆岩裂隙分布特征测试方案
        5.2.1 工作面微震监测方案布置
        5.2.2 微震监测结果分析
    5.3 覆岩采动裂隙分布特征钻孔窥视分析
        5.3.1 钻孔窥视方案
        5.3.2 钻孔窥视结果分析
    5.4 倾斜煤层窄煤柱覆岩裂隙演化分布规律分析
        5.4.1 煤柱破坏规律分析
        5.4.2 覆岩裂隙演化规律
    5.5 本章小结
6 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]矿柱稳定性影响因素分析及合理尺寸设计[J]. 陈光飞,罗昌繁,陈飞.  中国矿业. 2019(10)
[2]大倾角煤层走向长壁开采支架稳定性力学分析[J]. 罗生虎,伍永平,解盘石,王红伟,张浩.  煤炭学报. 2019(09)
[3]大断面综放沿空巷道基本顶破断结构与围岩稳定性分析[J]. 郭金刚,王伟光,何富连,张广超.  采矿与安全工程学报. 2019(03)
[4]沿空掘巷窄煤柱应力计算方法研究[J]. 吴志刚,汪占领,石蒙.  煤矿开采. 2019(01)
[5]基于3DEC特厚水平煤层开采地表裂缝分布规律研究[J]. 郝庆雨,骆秀齐.  北京测绘. 2019(01)
[6]我国煤矿瓦斯事故原因统计分析[J]. 梁国栋,郭建.  能源与环保. 2018(11)
[7]基于大范围岩层控制技术的大倾角煤层区段煤柱失稳机理[J]. 伍永平,皇甫靖宇,解盘石,胡博胜,刘孔智.  煤炭学报. 2018(11)
[8]Mohr-Coulomb准则下倾斜矿柱稳定性的安全系数法[J]. 罗斌玉,叶义成,李玉飞,罗甲渊,陈虎.  煤炭学报. 2018(09)
[9]窄煤柱巷道非均匀变形机理及支护技术[J]. 陈正拜,李永亮,杨仁树,朱晔,林海,肖成龙.  煤炭学报. 2018(07)
[10]基于地应力反演的构造应力区沿空巷道窄煤柱宽度优化研究[J]. 姜耀东,宋红华,马振乾,马斌杰,高林涛.  煤炭学报. 2018(02)

博士论文
[1]大倾角煤层长壁开采覆岩结构及其稳定性研究[D]. 解盘石.西安科技大学 2011

硕士论文
[1]保兴煤矿沿空掘巷窄煤柱稳定性及围岩控制研究[D]. 孙晓栋.贵州大学 2019



本文编号：3021617