复杂结构特厚煤层综放面围岩采动影响机理与控制

发布时间：2017-05-16 02:02

  本文关键词：复杂结构特厚煤层综放面围岩采动影响机理与控制，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对大同煤矿集团特厚煤层综放开采实践中遇到的采场围岩采动扰动剧烈、稳定性控制困难等问题,综合运用现场观测、理论分析、数值模拟、相似模拟和工程实践等研究方法,对大采高综放面煤壁片帮严重、含夹矸厚顶煤破碎差、坚硬顶板条件下区段煤柱和巷道维护困难和失稳等采动影响机理与控制问题进行了系统研究,取得了如下主要创新成果:(1)提出了描述特厚煤层综放开采垮落带压实特征的采空区压实理论,开发了反演采空区压实过程的数值算法和程序;分析了采厚、采高、工作面长度和厚层坚硬顶板对特厚煤层综放采场围岩塑性区发育、煤体强度劣化、采空区应力恢复、应力分布、采空区侧向顶板断裂和顶煤破碎等采动显现特征的影响;揭示了特厚煤层大采高综放面围岩大范围、长时间、强扰动的影响机理。(2)建立了大采高综放面煤壁受力模型,得到了煤壁应力和变形的分布规律,研究了支架阻力、护帮力、老顶断裂位置、采高等对煤壁变形的影响,揭示了煤壁拉伸和压剪破坏的机理;实测总结了大采高综放面煤壁片帮的三种形式,分析了完整和含裂隙煤壁的破坏演化规律,揭示了完整煤壁破坏局部化主导的大块滑落片帮、裂隙诱导的全煤壁大块片帮和破碎片帮的机理,并阐述了支架阻力、护帮机构参数和工作面停采时间等对煤壁稳定性的影响,提出了增加煤壁稳定性的针对性控制措施。(3)理论分析、相似模拟和数值模拟共同研究了夹矸层对顶煤破碎影响的厚度、层数和层位效应;将中上位厚层夹矸和顶煤岩梁分为两端简支、一端固支一端简支和一端固支一端自由三种结构,理论分析了这三种结构的平衡条件和垮落演化过程;揭示了夹矸层和顶煤悬顶结构对上部顶煤变形、破碎和运移的限制效应和滞后工作面大块冒落的机理;确定了能准确表现顶煤变形→断裂→破碎→冒落全过程的相似模拟材料和配比方案,研制了与真实支架功能一致的放顶煤模拟支架;数值分析了深孔预裂爆破参数对夹矸层破碎的影响,设计了含硬夹矸厚顶煤深孔预裂爆破方案,并在现场成功实践。(4)针对朔南矿区厚层坚硬顶板条件下煤柱失稳问题,构建了以煤柱整体刚度、煤柱中弹性核和易片帮区宽度为评价指标的特厚煤层区段煤柱稳定性综合评价模型,确定了各指标的判别准则,对煤柱稳定性进行了分类;揭示了较小尺寸煤柱大面积片帮和巷道大变形的联动失稳机理,分析了煤柱承载性能的宽度效应,确定了区段煤柱的合理尺寸;研究了采空区侧向顶板结构对煤柱聚压规律的影响,制定了坚硬顶板巷旁水压致裂优化煤柱应力环境的围岩控制方法。该论文有图157幅,表16个,参考文献218篇。
【关键词】：复杂结构特厚煤层 采动影响 煤壁片帮 顶煤破碎 区段煤柱失稳
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD823.254
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-25
• 变量注释表25-27
• 1 绪论27-40
• 1.1 研究背景与意义27-28
• 1.2 国内外研究现状28-36
• 1.3 主要研究内容、方法和技术路线36-38
• 1.4 主要创新点38-40
• 2 特厚煤层综放面围岩采动影响特征40-54
• 2.1 采空区压实理论40-44
• 2.2 数值模型可行性分析44-46
• 2.3 特厚煤层综放面围岩采动影响特征及因素分析46-53
• 2.4 本章小结53-54
• 3 大采高综放面煤壁稳定性及控制机理研究54-77
• 3.1 大采高综放面煤壁变形特征理论分析54-61
• 3.2 大采高综放面煤壁破坏规律研究61-70
• 3.3 大采高综放面煤壁稳定性控制机理70-75
• 3.4 本章小结75-77
• 4 含夹矸厚顶煤破碎机理与规律研究77-99
• 4.1 顶煤相似模拟材料开发77-79
• 4.2 相似模拟实验设计79-83
• 4.3 夹矸赋存状态对顶煤破碎的影响83-92
• 4.4 含夹矸厚顶煤破碎机理分析92-97
• 4.5 本章小结97-99
• 5 含夹矸厚顶煤破碎规律的数值分析及控制技术99-119
• 5.1 顶煤损伤数值程序开发100-104
• 5.2 含夹矸顶煤破碎规律研究104-109
• 5.3 深孔爆破预裂硬夹矸层研究109-114
• 5.4 深孔预裂爆破硬夹矸现场试验114-118
• 5.5 本章小结118-119
• 6 特厚煤层强采动影响下区段煤柱失稳机理与控制119-149
• 6.1 煤柱及巷道破坏情况分析119-123
• 6.2 区段煤柱应力分布规律与演化特征123-131
• 6.3 强采动影响下煤柱稳定性评价及失稳机理分析131-143
• 6.4 现场实践143-147
• 6.5 本章小结147-149
• 7 主要结论与展望149-151
• 7.1 主要结论149-150
• 7.2 几点展望150-151
• 参考文献151-163
• 作者简历163-167
• 学位论文数据集167

  本文关键词：复杂结构特厚煤层综放面围岩采动影响机理与控制，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：369327