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
本文选题：多年冻土层 切入点：大倾角煤层 出处：《西安科技大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：青海木里煤田已探明煤炭资源储量约36亿t,其中主要为优质焦煤资源。江仓矿区娘姆特煤矿作为木里煤田第一个高原高寒地区大型试验井工煤矿即将开始试生产。江仓矿区位于青藏高原北部的多年冻土层连续分布区。由于多年冻土层的厚度大、整体性好,煤层开采时上覆多年冻土层将会对采场安全和地表损害产生重大影响。多年冻土层下大倾角煤层开采覆岩结构及其运动规律亟待深入研究。采用MTS万能试验机测定了多年冻土的抗压、抗拉强度和弹性模量等力学参数。结合相关地质资料,确定出娘姆特煤矿第四系多年冻土层主要物理力学参数:单轴抗压强度为5.7MPa,密度2000kg/m3,弹性模量2.7GPa,泊松比0.3,内摩擦角30°,内聚力2MPa,抗拉强度1.63MPa。进一步测定分析了多年冻岩的抗压和抗拉强度等力学参数。为相似材料模拟实验、计算机数值模拟和力学理论分析提供了可靠基础。实验室相似材料模拟实验发现:近距离煤层开采过程中,各煤层顶板从倾斜工作面上端回风平巷附近发生整体切落,形成以下部运输平巷顶板为固支点,整体倾斜倾倒的倾斜旋转复合顶板结构,继而在工作面上部回风巷顶部形成整体悬空的“厂”形上保护岩梁结构,并出现整体切落下沉破断特征。多年冻土层呈现整体悬空状态的“板盖”结构,其变形、破断、垮落等与下部煤岩体产生不同步运动现象,两者间出现离层结构。计算机FLAC3D数值模拟研究显示:近距离煤层开采过程中,煤层间的顶、底板围岩发生塑性破坏,并相互贯通形成一个整体,结合顶板不同位置位移监测点的运动规律和位移等值阴影图特征,从微观塑性破坏过程解释了实验室相似材料模拟实验中形成倾斜旋转复合顶板结构和“厂”形上保护岩梁结构的内在原因;多年冻土层与其下部煤岩形成不连续塑性破坏分布状态。地表冻土层位移监测点下沉位移变化曲线和位移量等值阴影图显示,在多年冻土层“板盖”中部下沉值较大,但下沉变形量比下部煤岩小,其为产生离层结构的内在原因。进一步的分析发现,冻土层厚度的变化不影响上述塑性破坏特征和运动规律的发生,多年冻土层越厚,其整体性越强,地表下沉幅度越小。采场顶板岩梁破断理论分析解释了倾斜旋转复合顶板结构和“厂”形上保护岩梁结构破坏、运动的力学机理。采场“薄板”破断矿压理论分析揭示了多年冻土层“板盖”变形、垮断的力学机理。开采过程中,倾斜旋转复合顶板结构倾斜旋转和“厂”形上保护岩梁结构下沉运动,引起多年冻土层“板盖”倾斜方向和走向方向受力的不均衡,在倾向方向多年冻土层“板盖”两侧拉应力较大,容易产生拉破坏。进一步的弹性力学计算得出:多年冻土层走向初次垮落步距为180.98m、周期垮落步距为41.18m,其数值远比正常岩层大。相似材料模拟实验、数值模拟和采场矿压理论分析结果说明:多年冻土层下大倾角煤层的开采形成的覆岩破坏结构非常复杂,除了部分煤层老顶中存在关键层结构的破断外,还有倾斜旋转复合顶板结构运动、“厂”形上保护岩梁结构的整体突发性失稳、多年冻土层“板盖”结构的特殊破断过程等矿压现象。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结论了丰富煤矿开采理论,对娘姆特煤矿及木里煤田的其他煤矿煤碳安全、高效、绿色开采具有重要的科学价值和现实意义。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD823.21
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 肖福坤;刘刚;秦涛;赵荣欣;;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];岩石力学与工程学报;2016年S2期
2 伍永平;解盘石;王红伟;任世广;;大倾角煤层群长壁采场低位梯阶关键层[J];西安科技大学学报;2014年06期
3 杨帆;谢永利;;点荷载试验确定岩石强度指标的效果分析[J];广西大学学报(自然科学版);2013年01期
4 李鸽;倪修全;;冻土强度影响因素的分析[J];四川建材;2013年01期
5 母剑桥;裴向军;黄勇;闵维康;;冻融岩体力学特性实验研究[J];工程地质学报;2013年01期
6 付志亮;王亮;;煤层顶底板岩石点荷载强度与拉压强度对比试验研究[J];岩石力学与工程学报;2013年01期
7 潘彦国;;木里矿区四井田冻土(岩)物理力学性质的研究[J];科技创新导报;2013年01期
8 马巍;王大雁;;中国冻土力学研究50a回顾与展望[J];岩土工程学报;2012年04期
9 李顺群;高凌霞;柴寿喜;;冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究[J];岩土力学;2012年04期
10 周月明;王勇涛;郜普涛;;斜井井筒穿越高原冻土层支护设计与施工[J];煤炭工程;2011年10期
相关重要报纸文章 前2条
1 花木嵯;;木里煤田整合：一场产业升级的深度变革[N];青海日报;2012年
2 解丽娜;;木里煤田“十二五”整装踏新程[N];青海日报;2012年
相关博士学位论文 前8条
1 杨阳;低温作用下岩石动态力学性能试验研究[D];中国矿业大学(北京);2016年
2 解盘石;大倾角煤层长壁开采覆岩结构及其稳定性研究[D];西安科技大学;2011年
3 陈素君;混凝土斜拉桥的长期性能研究[D];湖南大学;2011年
4 邵小平;急斜煤层大段高安全开采围岩控制基础研究[D];西安科技大学;2008年
5 于基宁;低温三轴试验机研制及粉质粘土冻融循环力学效应试验研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2007年
6 杨帆;急倾斜煤层采动覆岩移动模式及机理研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
7 马其华;长壁采场覆岩“O”型空间结构及相关矿山压力研究[D];山东科技大学;2005年
8 刘增利;冻土断裂与损伤行为研究[D];大连理工大学;2003年
相关硕士学位论文 前10条
1 李正刚;永冻层下大倾角煤层开采覆岩破坏规律研究[D];西安科技大学;2013年
2 蒋先刚;人工结构性冻结黄土力学特性试验研究[D];兰州理工大学;2013年
3 杨岁寒;“两软一硬”不稳定煤层综放工作面矿压显现规律及控制技术研究[D];河南理工大学;2011年
4 李慧军;冻结条件下岩石力学特性的实验研究[D];西安科技大学;2009年
5 商铁林;综放工作面顶煤采出率研究[D];西安科技大学;2009年
6 程磊;冻结条件下岩石力学特性实验研究及工程应用[D];西安科技大学;2009年
7 王高利;厚硬顶板破断规律及控制研究[D];安徽理工大学;2008年
8 牛恩宽;畸变模型理论在滑坡模型试验中的应用研究[D];三峡大学;2007年
9 陈绍军;大倾角厚煤层综放开采矿压显现规律研究[D];山东科技大学;2006年
10 任世广;大倾角长壁综放开采顶煤放出体变化规律实验研究[D];西安科技大学;2005年
，本文编号：1623298
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/1623298.html
