水平层状顶板间隔破裂机制及支护优化研究
发布时间：2022-02-11 18:30
随着浅埋煤炭资源的逐步枯竭,煤矿开采深度和开采规模逐渐向大埋深、大采高方向发展,随之出现了大量层状顶板巷道。由于层状顶板变形机理的高度复杂性及其难以支护的显著特点,层状顶板的稳定性问题严重制约矿井的安全高效生产,并成为当前岩体工程领域研究的重点和难点问题。本文在总结前人研究成果的基础上,以巷道水平层状顶板为研究对象,通过建立垂直地层荷载和水平构造荷载共同作用下顶板岩梁的力学模型,分析了层状顶板的拉压域分布特征及其中性层偏移规律。考虑巷道帮部稳定性对层状顶板有效跨度的影响,研究了不同片帮模式下的水平坍塌宽度,分析了巷帮不同稳定状态下的层状顶板各岩梁破裂区开展高度及其隐形冒落拱分布特征,进而对层状顶板的支护方案及其参数进行了优化设计,主要结论如下:（1）建立了垂直荷载和水平构造荷载作用下水平层状顶板的力学模型。稳定状态的巷道帮部能够限制顶板岩梁的挠曲位移,顶板岩梁受力状态为固支梁模型;巷道帮部岩体在支承压力作用下变形失稳致使顶板岩梁端部发生挠曲变形,其受力状态由固支梁模型转化为简支梁模型。（2）运用材料力学和结构力学理论推导了顶板岩梁挠度、弯矩及剪力的理论公式,得到了层状顶板任一岩层在固支...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2019年煤矿事故起数和死亡人数
1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景我国是世界上第一大煤炭生产与消费国家，煤炭资源在我国一次能源生产和消费的比例占70%以上，随着近几年新能源的开发和利用，煤炭在能源领域的消费比重有所下降，但仍是我国的主体能源[1-3]。现阶段综放开采的回采巷道布置特点是将其沿煤层底板布置，由于在煤层中掘进的巷道煤层强度一般较低，且顶板具有典型的层状特征。当层状顶板岩层强度低、节理裂隙发育、分层厚度小且巷帮完整性差时，巷道极易发生顶板变形和冒落等煤矿灾害，事故所带来的人员伤害和经济损失饱受人民责难，如图1.1~1.2所示[4]。图1.12009-2019年煤矿事故起数和死亡人数图1.22009-2019年煤矿各类事故起数所占比例
西安科技大学硕士学位论文2412251+4815148ieiistiiieiiNlEIhhNlEI（3.14）3.4顶板应力中性层位置影响因素分析为验证式（3.13）和（3.14）的合理性，以层状顶板某一层岩梁为例，逐一讨论侧压力系数、垂直地应力、顶板岩体弹性模量及顶板厚跨比对岩梁中性层位置的影响。3.4.1侧压力系数对岩梁中性层位置的影响设某巷道开挖跨度l=6.5m，顶板岩梁厚度h=0.50m，弹性模量E=1.10GPa，垂直地应力q=7.5MPa，将上述参数代入式（3.13）和（3.14）得固支和简支条件下侧压力系数与受拉域高度的关系式为：0.070.250.170.25ftsthh（3.15）由式（3.15）可以得到侧压力系数与受拉域高度的关系如图3.3所示。图3.3顶板岩梁侧压力系数与受拉域高度的关系由图3.3可以看出，固支岩梁和简支岩梁的受拉域高度随侧压力系数的增加而增大，这说明水平荷载的增大加剧了层状顶板的失稳，与文献[33]的数值分析结果相吻合。同跨度条件下，简支岩梁受拉域高度较固支岩梁的低，应力中性层位置向下移动，表现为顶板塑性区范围减校
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿安全事故统计分析及预测[J]. 黄继广,马汉鹏,范春姣,姚绒绒. 陕西煤炭. 2020(03)
[2]深部层状岩体巷道承载特性的物理模拟试验研究[J]. 苏士龙,顾晓伟,张力,史新帅. 中国矿业. 2020(01)
[3]复合顶板稳定性分析及支护参数设计[J]. 余涛,赵光明,孟祥瑞,程详,李冠军. 煤炭科学技术. 2020(S1)
[4]大厚度薄层复合顶板煤巷高强联合支护技术[J]. 赵明洲,杨仁树,方娟. 煤矿安全. 2019(08)
[5]煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级[J]. 冯吉成,许海涛,郑赟,彭瑞,马海燕. 煤炭工程. 2019(08)
[6]软煤层复合顶板巷道围岩受力变形规律试验研究[J]. 陈新年,樊佳伟,王景春,沈攀. 煤炭技术. 2019(04)
[7]考虑层间黏聚力的水平层状围岩隧道顶板力学模型计算[J]. 罗彦斌,陈建勋,王利宝,邓祥辉. 中国公路学报. 2018(10)
[8]复合顶板煤巷围岩稳定性分析与支护技术[J]. 杨存智. 煤矿安全. 2018(01)
[9]厚硬顶板巷道稳定性影响因素及强帮支护研究[J]. 单仁亮,原鸿鹄,孔祥松,李兆龙,黄鹏程. 煤炭科学技术. 2018(01)
[10]再论煤炭的科学开采[J]. 钱鸣高,许家林,王家臣. 煤炭学报. 2018(01)
博士论文
[1]赵庄矿大断面煤巷层状顶板变形失稳机理及控制技术[D]. 李永亮.中国矿业大学(北京) 2017
[2]薄层状煤岩互层顶板巷道围岩控制机理及技术[D]. 杨吉平.中国矿业大学 2013
[3]矩形巷道围岩变形破坏机理及在王村矿的应用研究[D]. 于远祥.西安科技大学 2013
[4]特厚复合顶板巷道支护结构与围岩稳定的耦合控制研究[D]. 苏学贵.太原理工大学 2013
硕士论文
[1]煤巷复合顶板的变形破坏规律分析及合理支护技术研究[D]. 苏锋.西安科技大学 2012
[2]煤巷层状软岩顶板破坏规律及支护研究[D]. 刘生龙.西安科技大学 2005
本文编号：3620753
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
009-2019年煤矿事故起数和死亡人数
1绪论11绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景我国是世界上第一大煤炭生产与消费国家，煤炭资源在我国一次能源生产和消费的比例占70%以上，随着近几年新能源的开发和利用，煤炭在能源领域的消费比重有所下降，但仍是我国的主体能源[1-3]。现阶段综放开采的回采巷道布置特点是将其沿煤层底板布置，由于在煤层中掘进的巷道煤层强度一般较低，且顶板具有典型的层状特征。当层状顶板岩层强度低、节理裂隙发育、分层厚度小且巷帮完整性差时，巷道极易发生顶板变形和冒落等煤矿灾害，事故所带来的人员伤害和经济损失饱受人民责难，如图1.1~1.2所示[4]。图1.12009-2019年煤矿事故起数和死亡人数图1.22009-2019年煤矿各类事故起数所占比例
西安科技大学硕士学位论文2412251+4815148ieiistiiieiiNlEIhhNlEI（3.14）3.4顶板应力中性层位置影响因素分析为验证式（3.13）和（3.14）的合理性，以层状顶板某一层岩梁为例，逐一讨论侧压力系数、垂直地应力、顶板岩体弹性模量及顶板厚跨比对岩梁中性层位置的影响。3.4.1侧压力系数对岩梁中性层位置的影响设某巷道开挖跨度l=6.5m，顶板岩梁厚度h=0.50m，弹性模量E=1.10GPa，垂直地应力q=7.5MPa，将上述参数代入式（3.13）和（3.14）得固支和简支条件下侧压力系数与受拉域高度的关系式为：0.070.250.170.25ftsthh（3.15）由式（3.15）可以得到侧压力系数与受拉域高度的关系如图3.3所示。图3.3顶板岩梁侧压力系数与受拉域高度的关系由图3.3可以看出，固支岩梁和简支岩梁的受拉域高度随侧压力系数的增加而增大，这说明水平荷载的增大加剧了层状顶板的失稳，与文献[33]的数值分析结果相吻合。同跨度条件下，简支岩梁受拉域高度较固支岩梁的低，应力中性层位置向下移动，表现为顶板塑性区范围减校
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国煤矿安全事故统计分析及预测[J]. 黄继广,马汉鹏,范春姣,姚绒绒. 陕西煤炭. 2020(03)
[2]深部层状岩体巷道承载特性的物理模拟试验研究[J]. 苏士龙,顾晓伟,张力,史新帅. 中国矿业. 2020(01)
[3]复合顶板稳定性分析及支护参数设计[J]. 余涛,赵光明,孟祥瑞,程详,李冠军. 煤炭科学技术. 2020(S1)
[4]大厚度薄层复合顶板煤巷高强联合支护技术[J]. 赵明洲,杨仁树,方娟. 煤矿安全. 2019(08)
[5]煤巷复合顶板岩层失稳判别方法与冒顶隐患分级[J]. 冯吉成,许海涛,郑赟,彭瑞,马海燕. 煤炭工程. 2019(08)
[6]软煤层复合顶板巷道围岩受力变形规律试验研究[J]. 陈新年,樊佳伟,王景春,沈攀. 煤炭技术. 2019(04)
[7]考虑层间黏聚力的水平层状围岩隧道顶板力学模型计算[J]. 罗彦斌,陈建勋,王利宝,邓祥辉. 中国公路学报. 2018(10)
[8]复合顶板煤巷围岩稳定性分析与支护技术[J]. 杨存智. 煤矿安全. 2018(01)
[9]厚硬顶板巷道稳定性影响因素及强帮支护研究[J]. 单仁亮,原鸿鹄,孔祥松,李兆龙,黄鹏程. 煤炭科学技术. 2018(01)
[10]再论煤炭的科学开采[J]. 钱鸣高,许家林,王家臣. 煤炭学报. 2018(01)
博士论文
[1]赵庄矿大断面煤巷层状顶板变形失稳机理及控制技术[D]. 李永亮.中国矿业大学(北京) 2017
[2]薄层状煤岩互层顶板巷道围岩控制机理及技术[D]. 杨吉平.中国矿业大学 2013
[3]矩形巷道围岩变形破坏机理及在王村矿的应用研究[D]. 于远祥.西安科技大学 2013
[4]特厚复合顶板巷道支护结构与围岩稳定的耦合控制研究[D]. 苏学贵.太原理工大学 2013
硕士论文
[1]煤巷复合顶板的变形破坏规律分析及合理支护技术研究[D]. 苏锋.西安科技大学 2012
[2]煤巷层状软岩顶板破坏规律及支护研究[D]. 刘生龙.西安科技大学 2005
本文编号：3620753
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