發(fā)布時(shí)間：2017-10-06 15:25

  本文關(guān)鍵詞：深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞規(guī)律研究

  更多相關(guān)文章： 深部仰斜開(kāi)采 覆巖變形 超前裂隙 相似模擬 數(shù)值模擬

【摘要】：隨著淺部資源的逐漸枯竭,深部開(kāi)采成為世界各國(guó)資源開(kāi)發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)。而深部開(kāi)采是一個(gè)復(fù)雜的課題,與淺部開(kāi)采有著明顯的區(qū)別,一些理論還未完善,特別是對(duì)深部條件下的仰斜開(kāi)采研究比較少,對(duì)深部仰采條件下工作面覆巖破壞規(guī)律的認(rèn)識(shí)還不全面,不足以指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。因此,對(duì)深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞規(guī)律的研究具有重要的意義。本文以開(kāi)灤集團(tuán)唐山礦為地質(zhì)背景,主要研究工作及結(jié)論有:(1)對(duì)深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞機(jī)理進(jìn)行的研究,包括:針對(duì)不同的開(kāi)采角度,分別分析了不同角度下的工作面覆巖變形破壞形式,得出當(dāng)所采煤層傾角較小時(shí)(12°以下),工作面覆巖的變形破壞形式可劃分為垮落帶,裂縫帶和彎曲帶,當(dāng)所采煤層傾角較大時(shí),工作面覆巖的變形破壞形式可分為巖層的垮落、彎曲及沿層理面的滑移;建立基本頂初次來(lái)壓與周期來(lái)壓的力學(xué)模型,得出基本頂來(lái)壓時(shí)的破斷位置為上支承端上表面,計(jì)算出基本頂?shù)某醮蝸?lái)壓與周期來(lái)壓步距分別為112.68m、35.4m;通過(guò)分析深部仰斜開(kāi)采工作面前上方煤巖受采動(dòng)及沿煤層向下的層向分力的影響,得出工作面上方巖梁在工作面前方就有可能發(fā)生斷裂,出現(xiàn)超前裂隙。(2)利用相似模擬實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同推進(jìn)距離下工作面覆巖的垮落形態(tài)、位移及應(yīng)力變化進(jìn)行分析,得出:①老頂?shù)某醮慰迓洳骄嗉s為120m,影響高度約為30m,周期垮落步距約為30m,影響高度約為45m。受沿煤層傾斜向下的層向分力的作用,老頂周期性垮落體的形狀呈平行四邊形,一對(duì)平行線與煤層傾斜方向一致,一對(duì)平行線與工作面的推進(jìn)方向形成一個(gè)鈍角,即垮落體有沿煤層傾斜方向向采空區(qū)一側(cè)滑移的趨勢(shì)。②在仰采工作面推進(jìn)過(guò)程中,超前工作面30-90m位置會(huì)產(chǎn)生與工作面推進(jìn)方向成110°-130°的裂隙,裂隙的影響高度約為105-199m,裂隙的產(chǎn)生導(dǎo)致工作面覆巖的下沉量增大,裂隙附近的覆巖應(yīng)力發(fā)生突然釋放而減小。③在回采及超前裂隙的作用下上覆巖層的破壞影響范圍呈現(xiàn)出梯形演化規(guī)律。④在保護(hù)煤柱與工作面前方一定位置處會(huì)出現(xiàn)集中應(yīng)力,在老頂發(fā)生初次垮落時(shí)應(yīng)力集中現(xiàn)象最明顯,應(yīng)力值分別為33MPa、29.9MPa,應(yīng)力集中系數(shù)分別為2.06、1.87。(3)運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)不同推進(jìn)距離的工作面覆巖的垮落形態(tài)、位移與應(yīng)力變化情況進(jìn)行研究,得出:①老頂?shù)某醮慰迓洳骄酁?15m,初次垮落影響高度約為25m。周期垮落步距為35m,周期垮落的影響高度約為40m。垮落后的巖體有向采空區(qū)滑移的趨勢(shì)。②工作面前方一定范圍煤巖與工作面后方保護(hù)煤柱會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,邊界保護(hù)煤柱一直處于應(yīng)力集中狀態(tài)。當(dāng)老頂初次垮落時(shí)應(yīng)力值達(dá)到最大,保護(hù)煤柱處與前方煤巖的應(yīng)力值分別為35MPa、32MPa。(4)結(jié)合理論分析、數(shù)值模擬與相似模擬實(shí)驗(yàn)研究及煤礦實(shí)際情況,提出深部仰斜開(kāi)采下需注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題并提出了相應(yīng)的防治措施。
【關(guān)鍵詞】：深部仰斜開(kāi)采 覆巖變形 超前裂隙 相似模擬 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD325
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題背景及研究意義11-12
• 1.2 相關(guān)研究動(dòng)態(tài)12-18
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外深部開(kāi)采研究動(dòng)態(tài)12-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采研究動(dòng)態(tài)14-15
• 1.2.3 深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 問(wèn)題的提出18-21
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容及手段18-19
• 1.3.2 研究技術(shù)路線19-21
• 第二章 深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞機(jī)理研究21-35
• 2.1 仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞形式21-23
• 2.2 仰斜開(kāi)采基本頂?shù)牧W(xué)分析23-29
• 2.2.1 仰斜開(kāi)采基本頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)和初次來(lái)壓特點(diǎn)23-26
• 2.2.2 仰斜開(kāi)采基本頂?shù)闹芷趤?lái)壓特點(diǎn)26-28
• 2.2.3 仰斜開(kāi)采工作面前方覆巖的變形特點(diǎn)28-29
• 2.3 深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞的主要影響因素29-33
• 2.3.1 深部開(kāi)采對(duì)工作面覆巖變形破壞的影響29-31
• 2.3.2 仰采角度對(duì)工作面覆巖變形破壞的影響31
• 2.3.3 采高對(duì)工作面覆巖變形破壞的影響31-32
• 2.3.4 推進(jìn)速度對(duì)工作面覆巖變形破壞的影響32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 深部仰斜開(kāi)采相似模擬研究35-63
• 3.1 相似模擬實(shí)驗(yàn)理論35-36
• 3.2 相似模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備36-38
• 3.3 相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)38-44
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)原型概況38-39
• 3.3.2 模型的設(shè)計(jì)39-42
• 3.3.3 實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的布置42-43
• 3.3.4 工作面的開(kāi)挖及數(shù)據(jù)采集43-44
• 3.4 相似模擬實(shí)驗(yàn)工作面覆巖破壞特征分析44-60
• 3.4.1 工作面推進(jìn)過(guò)程中覆巖的破壞情況44-49
• 3.4.2 工作面覆巖變形破壞應(yīng)力分析49-55
• 3.4.3 工作面覆巖變形破壞位移分析55-60
• 3.5 本章小結(jié)60-63
• 第四章 深部仰斜開(kāi)采工作面覆巖變形破壞數(shù)值模擬63-77
• 4.1 深部仰斜開(kāi)采模型的建立63-68
• 4.1.1 UDEC模擬巖塊運(yùn)動(dòng)的原理63-65
• 4.1.2 計(jì)算模型65-67
• 4.1.3 模擬過(guò)程67-68
• 4.2 數(shù)值模擬與結(jié)果分析68-76
• 4.2.1 工作面推進(jìn)過(guò)程中覆巖變形及位移分析68-73
• 4.2.2 工作面推進(jìn)過(guò)程中的應(yīng)力分析73-76
• 4.3 本章小結(jié)76-77
• 第五章 深部仰斜工作面開(kāi)采關(guān)鍵的問(wèn)題77-89
• 5.1 深部仰斜工作面片幫問(wèn)題的研究77-81
• 5.1.1 仰斜開(kāi)采煤壁片幫的主要形式77-80
• 5.1.2 深部仰斜工作面煤壁片幫的防治80-81
• 5.2 深部仰斜工作面頂板支護(hù)的研究81-84
• 5.2.1 仰斜開(kāi)采工作面支架的下滑問(wèn)題研究81-82
• 5.2.2 仰斜開(kāi)采工作面支架與圍巖的作用關(guān)系82-83
• 5.2.3 深部仰斜開(kāi)采工作面支架的注意事項(xiàng)83-84
• 5.3 超前裂隙對(duì)工作面的影響及防治84-87
• 5.4 本章小結(jié)87-89
• 第六章 結(jié)論與展望89-91
• 6.1 主要結(jié)論89-90
• 6.2 不足與展望90-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 致謝95-97
• 附錄A:攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文97
• 附錄B:攻讀碩士期間參與的科研項(xiàng)目97
• 附錄C:攻讀碩士期間參加的學(xué)術(shù)會(huì)議97

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