本文選題：多年凍土層　切入點(diǎn)：大傾角煤層　出處：《西安科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：青海木里煤田已探明煤炭資源儲(chǔ)量約36億t,其中主要為優(yōu)質(zhì)焦煤資源。江倉(cāng)礦區(qū)娘姆特煤礦作為木里煤田第一個(gè)高原高寒地區(qū)大型試驗(yàn)井工煤礦即將開始試生產(chǎn)。江倉(cāng)礦區(qū)位于青藏高原北部的多年凍土層連續(xù)分布區(qū)。由于多年凍土層的厚度大、整體性好,煤層開采時(shí)上覆多年凍土層將會(huì)對(duì)采場(chǎng)安全和地表?yè)p害產(chǎn)生重大影響。多年凍土層下大傾角煤層開采覆巖結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律亟待深入研究。采用MTS萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了多年凍土的抗壓、抗拉強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)參數(shù)。結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料,確定出娘姆特煤礦第四系多年凍土層主要物理力學(xué)參數(shù):單軸抗壓強(qiáng)度為5.7MPa,密度2000kg/m3,彈性模量2.7GPa,泊松比0.3,內(nèi)摩擦角30°,內(nèi)聚力2MPa,抗拉強(qiáng)度1.63MPa。進(jìn)一步測(cè)定分析了多年凍巖的抗壓和抗拉強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)。為相似材料模擬實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬和力學(xué)理論分析提供了可靠基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):近距離煤層開采過(guò)程中,各煤層頂板從傾斜工作面上端回風(fēng)平巷附近發(fā)生整體切落,形成以下部運(yùn)輸平巷頂板為固支點(diǎn),整體傾斜傾倒的傾斜旋轉(zhuǎn)復(fù)合頂板結(jié)構(gòu),繼而在工作面上部回風(fēng)巷頂部形成整體懸空的“廠”形上保護(hù)巖梁結(jié)構(gòu),并出現(xiàn)整體切落下沉破斷特征。多年凍土層呈現(xiàn)整體懸空狀態(tài)的“板蓋”結(jié)構(gòu),其變形、破斷、垮落等與下部煤巖體產(chǎn)生不同步運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象,兩者間出現(xiàn)離層結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)FLAC3D數(shù)值模擬研究顯示:近距離煤層開采過(guò)程中,煤層間的頂、底板圍巖發(fā)生塑性破壞,并相互貫通形成一個(gè)整體,結(jié)合頂板不同位置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和位移等值陰影圖特征,從微觀塑性破壞過(guò)程解釋了實(shí)驗(yàn)室相似材料模擬實(shí)驗(yàn)中形成傾斜旋轉(zhuǎn)復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)和“廠”形上保護(hù)巖梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)在原因;多年凍土層與其下部煤巖形成不連續(xù)塑性破壞分布狀態(tài)。地表凍土層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉位移變化曲線和位移量等值陰影圖顯示,在多年凍土層“板蓋”中部下沉值較大,但下沉變形量比下部煤巖小,其為產(chǎn)生離層結(jié)構(gòu)的內(nèi)在原因。進(jìn)一步的分析發(fā)現(xiàn),凍土層厚度的變化不影響上述塑性破壞特征和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的發(fā)生,多年凍土層越厚,其整體性越強(qiáng),地表下沉幅度越小。采場(chǎng)頂板巖梁破斷理論分析解釋了傾斜旋轉(zhuǎn)復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)和“廠”形上保護(hù)巖梁結(jié)構(gòu)破壞、運(yùn)動(dòng)的力學(xué)機(jī)理。采場(chǎng)“薄板”破斷礦壓理論分析揭示了多年凍土層“板蓋”變形、垮斷的力學(xué)機(jī)理。開采過(guò)程中,傾斜旋轉(zhuǎn)復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)傾斜旋轉(zhuǎn)和“廠”形上保護(hù)巖梁結(jié)構(gòu)下沉運(yùn)動(dòng),引起多年凍土層“板蓋”傾斜方向和走向方向受力的不均衡,在傾向方向多年凍土層“板蓋”兩側(cè)拉應(yīng)力較大,容易產(chǎn)生拉破壞。進(jìn)一步的彈性力學(xué)計(jì)算得出:多年凍土層走向初次垮落步距為180.98m、周期垮落步距為41.18m,其數(shù)值遠(yuǎn)比正常巖層大。相似材料模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬和采場(chǎng)礦壓理論分析結(jié)果說(shuō)明:多年凍土層下大傾角煤層的開采形成的覆巖破壞結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,除了部分煤層老頂中存在關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的破斷外,還有傾斜旋轉(zhuǎn)復(fù)合頂板結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、“廠”形上保護(hù)巖梁結(jié)構(gòu)的整體突發(fā)性失穩(wěn)、多年凍土層“板蓋”結(jié)構(gòu)的特殊破斷過(guò)程等礦壓現(xiàn)象。多年凍土層下大傾角煤層開采覆巖結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究結(jié)論了豐富煤礦開采理論,對(duì)娘姆特煤礦及木里煤田的其他煤礦煤碳安全、高效、綠色開采具有重要的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD823.21

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1623298