综采工作面坚硬顶板静态膨胀致裂研究
发布时间：2021-05-09 18:19
论文提出利用化学膨胀剂代替炸药等高风险手段对悬顶进行膨胀致裂,并对此进行膨胀剂力学性能测试、膨胀致裂数值模拟、试件的膨胀致裂实验研究、工作面顶板膨胀致裂数值模拟等多种方法,开展综采工作面坚硬顶板膨胀致裂的研究,并取得如下成果:从化学反应的角度分析得出膨胀力产生的力学来源,并建立力学模型揭示了化学膨胀剂的致裂机理;设计了膨胀力性能测试装备,并通过多次测试得到最佳水灰比为0.33及膨胀力与孔径的特征曲线;利用正交方案设计了2012组不同孔径、孔距、孔深的FLAC3D模型,通过数值模拟方法初步确定了膨胀致裂最佳钻孔参数,得出孔径为60mm孔距为40cm时的致裂效果最佳,并建立RFPA模型对该参数进行验证;设计了化学膨胀致裂的声热-微震实验,对混凝土试件膨胀致裂过程进行微震、声发射及温度监测并分析得出致裂过程分为初始阶段、平稳阶段、骤然膨胀阶段及残余反应阶段等4个阶段,掌握了致裂过程的能量事件规律;利用3DEC对工作面切顶进行数值模拟得出钻孔深度为6m,倾角为10°时切顶效果最佳;最终将以上研究所得参数结合现场实际进行工程实践应用,并取得预期效果,成功利用化学膨胀剂对综采工作面端头悬顶进行膨胀...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 化学膨胀剂的研究现状
1.2.2 化学膨胀剂的工程应用研究现状
1.2.3 预裂卸压技术的研究现状
1.3 论文的研究内容及目标
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目标
1.4 论文采取的研究方案及技术路线
1.4.1 研究方案
1.4.2 技术路线
2 化学膨胀剂的致裂机理及性能测试
2.1 化学膨胀剂的水化反应原理
2.2 化学膨胀剂的破岩力学分析
2.2.1 有界单孔膨胀致裂
2.2.2 多孔膨胀致裂
2.2.3 多自由面膨胀致裂
2.3 化学膨胀剂的破岩机理
2.4 化学膨胀剂的力学性能测试
2.4.1 不同水灰比条件下的体积膨胀率测试
2.4.2 膨胀力测试方案设计
2.4.3 .不同水灰比条件下的膨胀力性能测试
2.4.4 孔径对化学膨胀剂性能的影响
2.5 本章小结
3 膨胀致裂效果的数值模拟分析
3.1 膨胀致裂效果的正交方案设计
3.2 构建FLAC3D数值模型
3.3 膨胀致裂模拟分析
3.3.1 膨胀致裂模拟的应力分布特征
3.3.2 膨胀致裂模拟的塑性区分析
3.4 正交实验结果分析
3.5 基于RFPA的最佳组合数值模拟分析
3.5.1 裂隙发育特征
3.5.2 裂隙发育过程中应力分布特征
3.5.3 同一监测点不同计算步下X、Y应力特征
3.5.4 致裂过程中的声发射分布特征
3.6 本章小结
4 膨胀致裂的声热-微震实验研究
4.1 实验设计
4.1.1 模型尺寸设计
4.1.2 模型砌筑材料配比
4.1.3 模型试件的砌筑
4.2 监测方案
4.3 实验过程及致裂效果
4.3.1 实验过程
4.3.2 膨胀致裂效果
4.4 监测数据分析
4.4.1 60mm孔径试件微震监测结果及分析
4.4.2 60mm孔径试件声发射监测结果及分析
4.4.3 60mm孔径试件温度监测结果及分析
4.4.4 不同孔径条件下的微震-声发射特征分析
4.5 本章小结
5 工作面切顶及其矿压规律的数值模拟研究
5.1 3DEC计算模型设计与构建
5.1.1 切顶高度及角度的选取
5.1.2 计算模型的构建
5.2 未切顶时的矿压规律
5.3 切顶高度对矿压规律的影响
5.3.1 切顶高度对覆岩运移的影响
5.3.2 切顶高度对覆岩应力分布特征的影响
5.4 切顶角度对矿压规律的影响
5.5 本章小结
6 膨胀致裂切顶工程实践
6.1 试验地点工程概况
6.2 膨胀致裂切顶方案及施工
6.2.1 膨胀致裂切顶所需材料及设备
6.2.2 钻孔布置方案
6.2.3 切顶孔的钻孔窥视监测分析
6.2.4 注浆及封孔工艺
6.3 膨胀致裂切顶效果分析
6.4 施工设备的改进
6.5 本章小结
7 结论
致谢
参考文献
附录
本文编号：3177790
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 化学膨胀剂的研究现状
1.2.2 化学膨胀剂的工程应用研究现状
1.2.3 预裂卸压技术的研究现状
1.3 论文的研究内容及目标
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究目标
1.4 论文采取的研究方案及技术路线
1.4.1 研究方案
1.4.2 技术路线
2 化学膨胀剂的致裂机理及性能测试
2.1 化学膨胀剂的水化反应原理
2.2 化学膨胀剂的破岩力学分析
2.2.1 有界单孔膨胀致裂
2.2.2 多孔膨胀致裂
2.2.3 多自由面膨胀致裂
2.3 化学膨胀剂的破岩机理
2.4 化学膨胀剂的力学性能测试
2.4.1 不同水灰比条件下的体积膨胀率测试
2.4.2 膨胀力测试方案设计
2.4.3 .不同水灰比条件下的膨胀力性能测试
2.4.4 孔径对化学膨胀剂性能的影响
2.5 本章小结
3 膨胀致裂效果的数值模拟分析
3.1 膨胀致裂效果的正交方案设计
3.2 构建FLAC3D数值模型
3.3 膨胀致裂模拟分析
3.3.1 膨胀致裂模拟的应力分布特征
3.3.2 膨胀致裂模拟的塑性区分析
3.4 正交实验结果分析
3.5 基于RFPA的最佳组合数值模拟分析
3.5.1 裂隙发育特征
3.5.2 裂隙发育过程中应力分布特征
3.5.3 同一监测点不同计算步下X、Y应力特征
3.5.4 致裂过程中的声发射分布特征
3.6 本章小结
4 膨胀致裂的声热-微震实验研究
4.1 实验设计
4.1.1 模型尺寸设计
4.1.2 模型砌筑材料配比
4.1.3 模型试件的砌筑
4.2 监测方案
4.3 实验过程及致裂效果
4.3.1 实验过程
4.3.2 膨胀致裂效果
4.4 监测数据分析
4.4.1 60mm孔径试件微震监测结果及分析
4.4.2 60mm孔径试件声发射监测结果及分析
4.4.3 60mm孔径试件温度监测结果及分析
4.4.4 不同孔径条件下的微震-声发射特征分析
4.5 本章小结
5 工作面切顶及其矿压规律的数值模拟研究
5.1 3DEC计算模型设计与构建
5.1.1 切顶高度及角度的选取
5.1.2 计算模型的构建
5.2 未切顶时的矿压规律
5.3 切顶高度对矿压规律的影响
5.3.1 切顶高度对覆岩运移的影响
5.3.2 切顶高度对覆岩应力分布特征的影响
5.4 切顶角度对矿压规律的影响
5.5 本章小结
6 膨胀致裂切顶工程实践
6.1 试验地点工程概况
6.2 膨胀致裂切顶方案及施工
6.2.1 膨胀致裂切顶所需材料及设备
6.2.2 钻孔布置方案
6.2.3 切顶孔的钻孔窥视监测分析
6.2.4 注浆及封孔工艺
6.3 膨胀致裂切顶效果分析
6.4 施工设备的改进
6.5 本章小结
7 结论
致谢
参考文献
附录
本文编号：3177790
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3177790.html
