深厚工作面软弱顶板与煤壁偏压失稳机理研究
发布时间：2021-04-11 07:33
我国煤炭赋存条件普遍比较复杂,深埋软弱顶板与厚煤层共同赋存现象极其广泛,该条件下在工作面非均匀支承压力作用下极易发生随采随冒,煤壁大面积片帮,影响工作面安全生产。因此,很有必要对该类深部含软弱顶板厚煤层工作面（深厚工作面）应力分布规律、软弱顶板与煤壁偏压失稳机理与模式等问题进行深入的研究。本文以赵庄煤矿深厚工作面为工程背景,综合运用现场调研、理论分析、室内试验、模型试验及数值模拟等技术手段,统计分析了软弱顶板厚煤层工作面矿压显现特征,研究了煤壁前方支承压力分区演化规律,开展了等强度煤岩组合体力学特性与破坏模式试验,获得了支承压力分区偏压作用下工作面煤壁变形规律及片帮失稳模式,探讨了软弱顶板冒落与煤壁片帮相互作用机理,建立了煤壁偏心受压柱失稳力学模型与煤壁偏心受压柱剪切破坏力学模型,揭示了煤壁片帮失稳机理,提出了深部含软弱顶板厚煤层工作面煤壁失稳评价方法。主要研究内容及成果如下:（1）基于支承压力非均匀分布特点与软弱破碎顶板特性,引入了偏压系数与偏压变化率,细化支承压力区为偏压Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区,确定了软弱破碎顶板初次来压步距与周期来压步距,此后,基于弹性地基梁理论与极限平衡理论,给出了煤壁弹...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：214 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
307工作面煤层顶底板柱状图
MTS815.03试验机Figure2-2MTS815.03TestingMachine
2深厚工作面矿压显现及支承压力演化特征17（3）构造特点。由工作面顺槽巷道及切眼掘进过程揭露地质构造及三维地震勘探分析情况可得，影响1307工作面回采的断层有10个，具体见表2-1。此外，13071巷及13072巷在距切眼1480m处和1468m处有煤层分叉现象发生。2.1.4围岩物理力学性能试验2.1.4.1现场取样通过掏撬法获取3号煤层煤样及顶板夹矸岩石岩样，均采集大体积煤、岩块体，并借助保鲜膜对煤块进行密封。此后运回实验室进行加工，通过钻娶切割、打磨等，将试样加工成两种圆柱形标准试样：（1）Φ50×100mm的用于单轴与三轴压缩的试样；（2）Φ50×25mm用于巴西劈裂试验的试样。试件加工与实验遵照《煤和岩石物理力学性质测定方法》，并保证试件两端不平行度不得大于±0.05mm。2.1.4.2物理力学性能试验试验采用MTS815.03岩石伺服试验机（图2-2）对煤、岩试样进行单轴、三轴压缩与巴西劈裂试验。在进行力学性能试验前，为保证试样力学性质的稳定，尽可能减少其离散性对造成的影响，借助DB-4D型多功能声波仪进行煤、岩试样声波测试（图2-3、图2-4），进而选取密度与纵波波速相近的煤、岩试样进行物理力学性能试验，试样密度及纵波声波测试结果见表2-2。图2-2MTS815.03试验机Figure2-2MTS815.03TestingMachine图2-3多功能声波仪Figure2-3Multifunctionalacousticinstrument
【参考文献】：
期刊论文
[1]大采高工作面过空巷群顶板破断及矿压规律研究[J]. 周海丰,黄庆享. 煤炭科学技术. 2020(02)
[2]8.8 m超大采高工作面矿压显现规律实测及机理分析[J]. 杨俊哲,刘前进. 煤炭科学技术. 2020(01)
[3]煤-岩-锚组合锚固体单轴压缩试验及锚杆力学机制[J]. 余伟健,吴根水,刘泽,黄钟,刘芳芳,任恒. 岩石力学与工程学报. 2020(01)
[4]大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理[J]. 于斌,杨敬轩,刘长友,高瑞. 煤炭学报. 2019(11)
[5]浅埋薄基岩大采高工作面顶板破断特征和来压规律[J]. 黄庆享,贺雁鹏,李锋,王碧清,李军,苗彦平. 西安科技大学学报. 2019(05)
[6]重复爆破采动下煤岩冲击破坏的微震响应特征[J]. 李金雨,雷文杰,赵洪宝,王涛,刘一洪,张欢. 中国矿业大学学报. 2019(05)
[7]多关键层跨煤组远程被保护层煤壁片帮机理及防治[J]. 杨科,刘帅,唐春安,魏祯,池小楼. 煤炭学报. 2019(09)
[8]冲击荷载下裂隙类煤岩组合体能量演化与分形特征研究[J]. 李成杰,徐颖,张宇婷,李海龙. 岩石力学与工程学报. 2019(11)
[9]高精度微震定位采场支承压力分布特征[J]. 丛森,程建远,李新虎,王云宏,王保利,吴海. 西安科技大学学报. 2019(04)
[10]近距离巨厚坚硬岩层破断结构及分区控制[J]. 赵通,刘长友,弓培林. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
博士论文
[1]采动影响下岩石的变形破坏行为及非线性模型研究[D]. 陈岩.中国矿业大学(北京) 2018
[2]复合坚硬顶板变形破断特征及对矿压显现的影响规律[D]. 王海洋.重庆大学 2017
[3]腾晖矿软厚煤层接续回采矿压显现特征及煤柱稳定性研究[D]. 曹怀建.中国矿业大学(北京) 2017
[4]高强度开采工作面矿压显现的推进速度效应分析[D]. 杨敬虎.中国矿业大学(北京) 2016
[5]大采高综放面煤壁片帮机理与控制技术研究[D]. 殷帅峰.中国矿业大学（北京） 2014
[6]大倾角大采高工作面煤壁失稳机理及控制[D]. 孟超.中国矿业大学 2013
[7]大采高采场围岩控制理论及应用研究[D]. 弓培林.太原理工大学 2006
硕士论文
[1]塔山矿大采高综放开采坚硬顶板矿压特征与控制研究[D]. 刘建伟.太原理工大学 2018
[2]大倾角煤层长壁大采高综采工作面煤壁稳定性分析[D]. 张浩.西安科技大学 2016
[3]复采工作面矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究[D]. 李超.太原理工大学 2016
本文编号：3130847
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：214 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
307工作面煤层顶底板柱状图
MTS815.03试验机Figure2-2MTS815.03TestingMachine
2深厚工作面矿压显现及支承压力演化特征17（3）构造特点。由工作面顺槽巷道及切眼掘进过程揭露地质构造及三维地震勘探分析情况可得，影响1307工作面回采的断层有10个，具体见表2-1。此外，13071巷及13072巷在距切眼1480m处和1468m处有煤层分叉现象发生。2.1.4围岩物理力学性能试验2.1.4.1现场取样通过掏撬法获取3号煤层煤样及顶板夹矸岩石岩样，均采集大体积煤、岩块体，并借助保鲜膜对煤块进行密封。此后运回实验室进行加工，通过钻娶切割、打磨等，将试样加工成两种圆柱形标准试样：（1）Φ50×100mm的用于单轴与三轴压缩的试样；（2）Φ50×25mm用于巴西劈裂试验的试样。试件加工与实验遵照《煤和岩石物理力学性质测定方法》，并保证试件两端不平行度不得大于±0.05mm。2.1.4.2物理力学性能试验试验采用MTS815.03岩石伺服试验机（图2-2）对煤、岩试样进行单轴、三轴压缩与巴西劈裂试验。在进行力学性能试验前，为保证试样力学性质的稳定，尽可能减少其离散性对造成的影响，借助DB-4D型多功能声波仪进行煤、岩试样声波测试（图2-3、图2-4），进而选取密度与纵波波速相近的煤、岩试样进行物理力学性能试验，试样密度及纵波声波测试结果见表2-2。图2-2MTS815.03试验机Figure2-2MTS815.03TestingMachine图2-3多功能声波仪Figure2-3Multifunctionalacousticinstrument
【参考文献】：
期刊论文
[1]大采高工作面过空巷群顶板破断及矿压规律研究[J]. 周海丰,黄庆享. 煤炭科学技术. 2020(02)
[2]8.8 m超大采高工作面矿压显现规律实测及机理分析[J]. 杨俊哲,刘前进. 煤炭科学技术. 2020(01)
[3]煤-岩-锚组合锚固体单轴压缩试验及锚杆力学机制[J]. 余伟健,吴根水,刘泽,黄钟,刘芳芳,任恒. 岩石力学与工程学报. 2020(01)
[4]大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理[J]. 于斌,杨敬轩,刘长友,高瑞. 煤炭学报. 2019(11)
[5]浅埋薄基岩大采高工作面顶板破断特征和来压规律[J]. 黄庆享,贺雁鹏,李锋,王碧清,李军,苗彦平. 西安科技大学学报. 2019(05)
[6]重复爆破采动下煤岩冲击破坏的微震响应特征[J]. 李金雨,雷文杰,赵洪宝,王涛,刘一洪,张欢. 中国矿业大学学报. 2019(05)
[7]多关键层跨煤组远程被保护层煤壁片帮机理及防治[J]. 杨科,刘帅,唐春安,魏祯,池小楼. 煤炭学报. 2019(09)
[8]冲击荷载下裂隙类煤岩组合体能量演化与分形特征研究[J]. 李成杰,徐颖,张宇婷,李海龙. 岩石力学与工程学报. 2019(11)
[9]高精度微震定位采场支承压力分布特征[J]. 丛森,程建远,李新虎,王云宏,王保利,吴海. 西安科技大学学报. 2019(04)
[10]近距离巨厚坚硬岩层破断结构及分区控制[J]. 赵通,刘长友,弓培林. 采矿与安全工程学报. 2019(04)
博士论文
[1]采动影响下岩石的变形破坏行为及非线性模型研究[D]. 陈岩.中国矿业大学(北京) 2018
[2]复合坚硬顶板变形破断特征及对矿压显现的影响规律[D]. 王海洋.重庆大学 2017
[3]腾晖矿软厚煤层接续回采矿压显现特征及煤柱稳定性研究[D]. 曹怀建.中国矿业大学(北京) 2017
[4]高强度开采工作面矿压显现的推进速度效应分析[D]. 杨敬虎.中国矿业大学(北京) 2016
[5]大采高综放面煤壁片帮机理与控制技术研究[D]. 殷帅峰.中国矿业大学（北京） 2014
[6]大倾角大采高工作面煤壁失稳机理及控制[D]. 孟超.中国矿业大学 2013
[7]大采高采场围岩控制理论及应用研究[D]. 弓培林.太原理工大学 2006
硕士论文
[1]塔山矿大采高综放开采坚硬顶板矿压特征与控制研究[D]. 刘建伟.太原理工大学 2018
[2]大倾角煤层长壁大采高综采工作面煤壁稳定性分析[D]. 张浩.西安科技大学 2016
[3]复采工作面矿压显现规律及过冒顶区顶板断裂特征研究[D]. 李超.太原理工大学 2016
本文编号：3130847
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