本文關鍵詞：深孔預裂弱化頂板技術在余吾礦的研究與應用

  更多相關文章： 堅硬頂板 理論研究 數(shù)值模擬 方案設計 礦壓觀測

【摘要】：本文針對堅硬頂板弱化處理展開了相應的理論研究、數(shù)值模擬、工程實施和實施效果監(jiān)測。首先,根據(jù)現(xiàn)行弱化處理堅硬頂板的工程方法,選擇深孔預裂切頂方案,劃分頂板堅硬級別,并根據(jù)相關爆破理論計算點爆破形成的兩區(qū)(粉碎區(qū)、裂隙區(qū))破壞半徑,完成基礎性的理論研究�；谏鲜隼碚撗芯拷Y果,展開對單孔和炮孔組的細化研究,考慮影響單孔及炮孔組爆破效果的設計參數(shù),包括:不耦合系數(shù)、孔間距、組間距、裝藥結構和藥包切縫寬度。理論研究各參數(shù)對爆破效果的影響情況,并結合實際情況確定出各參數(shù)的合理取值范圍。其次,根據(jù)理論計算的各設計參數(shù)的合理取值范圍,結合N1202工作面實際工程背景,運用ANSYS/LS-DYNA軟件分別對各參數(shù)進行相應數(shù)值模擬,通過對模擬結果的對比及分析,確定出此工作面合理的爆破設計參數(shù)。然后,基于前述章節(jié)的理論計算和數(shù)值模擬成果,確定出N1202工作面頂板弱化處理方案,對頂板實施弱化處理。過程中記錄分析頂煤垮落情況、窺視對比爆破前后孔壁差異、與未處理工作面對比分析瓦斯和CO釋放濃度,明確頂板弱化效果。最后,對N1202工作面進行礦壓觀測,在工作面和順槽布置測線和測站,記錄支架工作阻力、明確工作面初次來壓強度及步距、監(jiān)測巷道表面位移,綜合分析是否達到頂板弱化處理的預期效果和目的。本文研究結論:①根據(jù)頂板各巖性的物理力學參數(shù)測定實驗,對頂板分級,通過梁模型和薄板模型適用性比較分析,得出兩理論模型均適合N1202工作面。并運用關鍵層理論,求出頂板上覆均布載荷q,預計來壓步距。并根據(jù)爆破理論計算出各巖層破壞區(qū)半徑。②根據(jù)N1202工作面實際情況和數(shù)值模擬結果,確定出爆破設計參數(shù),徑向不耦合系數(shù)的合理設計范圍確定為1.15-1.5時,單孔爆生裂隙區(qū)半徑為1.5m-3m,單組炮孔起爆時爆生裂隙區(qū)半徑為3.5m。故組內孔間距設計取值范圍為3-6m,組間距設計取值范圍為取7-8m,能確�？组g形成貫穿裂隙,利于工作面頂板炮孔布置設計。另外,若對藥包或者孔壁進行切縫或切槽處理,可以增強定向貫穿效果。故通過計算得出藥包切槽寬度取15mm并進行模擬,表明切縫對爆生初始裂隙和高能射流具有導向作用。③通過礦壓觀測,結果表明:頂板實施弱化處理后,N1202初次來壓步距平均為27m,與未經頂板弱化處理工作面N1205對比,初次來壓步距縮短近15m,平均來壓強度有所降低且來壓期間支架工作阻力均滿足額定工作阻力要求,巷道表面位移量小,利于減小超前支護強度和有效降低護巷要求。
【關鍵詞】：堅硬頂板 理論研究 數(shù)值模擬 方案設計 礦壓觀測
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD327.2
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.2.1 堅硬頂板控制措施及處理方法13-15
• 1.2.2 國外針對堅硬頂板研究進展15-16
• 1.2.3 國內針對堅硬頂板研究進展16-19
• 1.3 研究目的、內容、方法、技術路線19-22
• 1.3.1 研究目的、內容19-20
• 1.3.2 研究方法、技術路線20-22
• 第二章 堅硬頂板理論分析及計算22-44
• 2.1 引言22
• 2.2 堅硬頂板力學特性、分級22-26
• 2.2.1 堅硬頂板物理力學參數(shù)測定試驗22-24
• 2.2.2 基本頂頂板判別及分級24-26
• 2.3 頂板上覆巖層關鍵層判定及頂板處理前來壓步距預計26-35
• 2.3.1 工作面頂板上覆巖層關鍵層判定26-31
• 2.3.2 基本頂初次垮落斷距理論計算31-35
• 2.4 頂板巖層巖石爆破理論模型35-36
• 2.4.1.彈性理論模型35-36
• 2.4.2 斷裂力學理論模型36
• 2.4.3 斷裂損傷模型36
• 2.5 頂板巖層爆破破巖過程及成縫機理研究36-39
• 2.5.1 爆破破巖過程36-37
• 2.5.2 成縫機理37-39
• 2.6 頂板巖層爆破破裂區(qū)理論研究39-42
• 2.6.1 巖層中柱狀裝藥爆破沖擊波初始壓力計算39
• 2.6.2 沖擊動載作用下巖石破壞準則39-40
• 2.6.3 破裂區(qū)半徑計算40
• 2.6.4 工程實例計算40-42
• 2.7 本章小結42-44
• 第三章 深孔爆破參數(shù)理論研究44-58
• 3.1 引言44
• 3.2 徑向不耦合系數(shù)理論研究及取值范圍確定44-49
• 3.2.1 不耦合系數(shù)和孔壁初始壓力的理論關系44-47
• 3.2.2 不耦合系數(shù)與其他爆破效果因素的理論關系47-49
• 3.3 炮孔間距對爆破效果影響理論研究49-51
• 3.3.1 炮孔間距理論計算49-50
• 3.3.2 工程實例計算50-51
• 3.4 裝藥結構對爆破效果的影響理論研究及確定51-53
• 3.5 切縫寬度對爆破效果的影響理論研究及確定53-57
• 3.5.1 切槽孔、切縫藥包定向斷裂頂板機理54
• 3.5.2 切縫寬度理論計算54-56
• 3.5.3 工程實例計算56-57
• 3.6 本章小結57-58
• 第四章 頂板預裂爆破參數(shù)確定數(shù)值模擬58-84
• 4.1 引言58
• 4.2 LS-DYNA數(shù)值模擬程序算法58-59
• 4.2.1 程序算法分析58
• 4.2.2 程序方程58-59
• 4.3 建模及參數(shù)確定59-62
• 4.3.1 巖石模型單元參數(shù)60
• 4.3.2 藥卷模型單元參數(shù)60-61
• 4.3.3 間隔介質單元參數(shù)61
• 4.3.4 填塞材料單元參數(shù)61-62
• 4.4 模擬結果及相關分析62-82
• 4.4.1 不同徑向不耦合系數(shù)模擬結果分析62-69
• 4.4.2 不同組內孔間距模擬結果分析69-76
• 4.4.3 不同炮孔組組間距模擬結果分析76-80
• 4.4.4 藥包切縫寬度模擬結果分析80-82
• 4.5 本章小結82-84
• 第五章 深孔爆破預裂頂板技術工程應用及實踐84-94
• 5.1 引言84
• 5.2 工程概況84-87
• 5.2.1 工作面位置及四鄰情況84-85
• 5.2.2 地質概況85
• 5.2.3 瓦斯、煤層情況85
• 5.2.4 工作面巷道布置及支護85-86
• 5.2.5 采煤方法及回采工藝86-87
• 5.3 頂板弱化方案設計87-92
• 5.3.1 弱化高度計算87-88
• 5.3.2 設計參數(shù)88
• 5.3.3 設計圖紙及炮孔參數(shù)88-91
• 5.3.4 工程設備及火工品91-92
• 5.4 本章小結92-94
• 第六章 堅硬頂板處理后效果分析94-106
• 6.1 引言94
• 6.2 頂板處理后基本頂初次來壓步距預計94-95
• 6.3 深孔預裂頂板期間頂煤（頂板）下沉垮落情況95-96
• 6.4 炮孔爆破效果前后對比分析96-99
• 6.5 爆破期間及頂板初次來壓期間瓦斯、CO涌出量分析99-105
• 6.5.1 爆破期間瓦斯、CO涌出量監(jiān)測99-102
• 6.5.2 工作面初采期間瓦斯、CO涌出量監(jiān)測102-105
• 6.6 本章小結105-106
• 第七章 工作面頂板垮落數(shù)值模擬及后期礦壓觀測106-118
• 7.1 引言106
• 7.2 觀測目的及測點布置106-109
• 7.2.1 工作面及巷道礦壓觀測目的106
• 7.2.2 觀測內容106-107
• 7.2.3 工作面測線布置情況107
• 7.2.4 工作面兩巷收斂變形測點布置107-109
• 7.3 礦壓監(jiān)測數(shù)據(jù)分析109-113
• 7.3.1 直接頂初次來壓情況109-110
• 7.3.2 基本頂初次來壓情況110-113
• 7.4 巷道表面位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析113-116
• 7.5 本章小結116-118
• 第八章 結論與展望118-122
• 8.1 結論118-119
• 8.2 展望119-122
• 參考文獻122-128
• 致謝128-130
• 附錄A：攻讀碩士期間發(fā)表的學術論文130
• 附錄B：攻讀碩士期間參與的科研項目130

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本文編號：1048643