本文關(guān)鍵詞：淺埋煤層短壁開采關(guān)鍵層破斷及控制研究

  更多相關(guān)文章： 淺埋煤層 短壁開采 動力災(zāi)害 關(guān)鍵層 屈服煤柱

【摘要】：如何通過合理方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)短壁回采過程中留設(shè)的支巷間煤柱實(shí)現(xiàn)自身的穩(wěn)定屈服,從而緩解或消除淺埋煤層堅(jiān)硬頂板破斷大面積來壓所產(chǎn)生的動力災(zāi)害問題,同時(shí)最大程度提高煤炭回收率,對神東地區(qū)短壁回采工藝的應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)邊角煤的最大程度回收尤為重要。本文從決定淺埋煤層頂板穩(wěn)定的關(guān)鍵層著手,綜合利用理論分析、物理模擬和數(shù)值模擬等研究方法,分析關(guān)鍵層開裂前的變形和能量分布以及開裂后形成砌體梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定機(jī)理;系統(tǒng)分析相鄰區(qū)段開采過程中關(guān)鍵層及其上覆巖層的變形和破斷規(guī)律;結(jié)合局部剛度理論和屈服煤柱理論對“關(guān)鍵層-屈服煤柱”系統(tǒng)安全破壞進(jìn)行了工程方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化。取得以下創(chuàng)新性成果:(1)建立了包含煤壁屈服區(qū)在內(nèi)的復(fù)合地基梁力學(xué)模型,研究了煤壁屈服區(qū)寬度與超前支承壓力分布、關(guān)鍵層的初次開裂和周期開裂之間的關(guān)系,系統(tǒng)分析關(guān)鍵層的開裂位置、能量分布和變形等情況;建立了包含原巖水平應(yīng)力作用的砌體梁穩(wěn)定計(jì)算方法和判據(jù);結(jié)合神東淺埋煤層覆巖特點(diǎn)分析了關(guān)鍵層及其上覆巖層的開裂過程、變形、應(yīng)力分布和整體垮落機(jī)理。(2)根據(jù)短壁連采工作面布置特點(diǎn)和尺寸,利用物理相似模擬和數(shù)值模擬,研究了相鄰區(qū)段開采對上覆關(guān)鍵層穩(wěn)定的影響。結(jié)果表明,本區(qū)段支巷回收過程加劇了相鄰已采區(qū)段關(guān)鍵層的變形,影響程度隨已采區(qū)段關(guān)鍵層跨度增加而越加明顯;而已采區(qū)段關(guān)鍵層是否穩(wěn)定直接決定了相鄰在采區(qū)段關(guān)鍵層的變形、極限跨距和垮落模式;通過位于相鄰兩側(cè)區(qū)段上方所形成的雙壓力拱結(jié)構(gòu)相互作用機(jī)理分析了產(chǎn)生上述影響的原因。(3)在進(jìn)一步完善圍巖局部剛度計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,并結(jié)合屈服煤柱理論提出了“關(guān)鍵層-屈服煤柱”系統(tǒng)安全破壞理論,在系統(tǒng)分析區(qū)段支巷寬度、支巷回收順序、末采支巷(區(qū)段內(nèi)最后回收的支巷)位置、屈服煤柱(支巷間煤柱)位置和數(shù)量等參數(shù)對圍巖局部剛度影響的基礎(chǔ)上,將屈服煤柱設(shè)計(jì)方案簡化為6個(gè)最基本的剛度單元,通過數(shù)值模擬和理論計(jì)算確定了適合每個(gè)局部剛度單元的合理屈服煤柱寬度;在綜合考慮區(qū)段內(nèi)支巷安全回收和關(guān)鍵層安全破壞以及增加區(qū)段可采面積和區(qū)段煤炭回收率的基礎(chǔ)上對屈服煤柱設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了篩選和優(yōu)化,并進(jìn)一步給出了“關(guān)鍵層-屈服煤柱”系統(tǒng)安全破壞工程方案優(yōu)化設(shè)計(jì)流程。
【關(guān)鍵詞】：淺埋煤層 短壁開采 動力災(zāi)害 關(guān)鍵層 屈服煤柱
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD823.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-28
• 變量注釋表28-29
• 1 緒論29-44
• 1.1 研究背景和研究意義29-32
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀32-41
• 1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線41-42
• 1.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)42-44
• 2 連續(xù)采煤機(jī)短壁回采工藝研究44-54
• 2.1 工程概況44-45
• 2.2 短壁回采巷道布置及工藝45-48
• 2.3 短壁回采工作面參數(shù)分析48-51
• 2.4 設(shè)備配套方式51-52
• 2.5 本章小結(jié)52-54
• 3 考慮超前支承壓力影響關(guān)鍵層開裂前的變形和能量分布研究54-78
• 3.1 關(guān)鍵層失穩(wěn)致災(zāi)原因54-58
• 3.2 關(guān)鍵層受超前支承壓力影響的彎矩、撓度和能量分布分析58-68
• 3.3 工程算例68-77
• 3.4 本章小結(jié)77-78
• 4 淺埋煤層關(guān)鍵層開裂及垮落機(jī)理研究78-115
• 4.1 關(guān)鍵層及覆巖垮落機(jī)理的理論分析78-99
• 4.2 關(guān)鍵層及其上覆巖層開裂機(jī)理數(shù)值模擬分析99-107
• 4.3 關(guān)鍵層及上覆巖層開裂過程的微震特性研究107-113
• 4.4 本章小結(jié)113-115
• 5 相鄰區(qū)段回采關(guān)鍵層破壞機(jī)理研究115-157
• 5.1 淺埋煤層短壁回采關(guān)鍵層變形及破斷物理模擬研究115-124
• 5.2 相鄰區(qū)段開采關(guān)鍵層變形及破斷的數(shù)值模型建立124-126
• 5.3 單一區(qū)段支巷連續(xù)回收126-131
• 5.4 相鄰區(qū)段關(guān)鍵層處于穩(wěn)定狀態(tài)131-149
• 5.5 相鄰區(qū)段關(guān)鍵層處于垮落狀態(tài)149-155
• 5.6 本章小結(jié)155-157
• 6 “關(guān)鍵層-屈服煤柱”系統(tǒng)安全破壞機(jī)理及工程方案設(shè)計(jì)157-202
• 6.1 局部剛度理論157-160
• 6.2 屈服煤柱力學(xué)特性160-166
• 6.3 “關(guān)鍵層-屈服煤柱”安全破壞方案設(shè)計(jì)166-200
• 6.4 本章小結(jié)200-202
• 7 結(jié)論與展望202-207
• 7.1 主要研究結(jié)論202-205
• 7.2 進(jìn)一步研究展望205-207
• 參考文獻(xiàn)207-221
• 作者簡介221-224
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集224

，

本文編號：1001275