發(fā)布時間：2017-11-02 09:27

  本文關鍵詞：特厚煤層綜放開采堅硬頂板破斷失穩(wěn)規(guī)律

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【摘要】：以往在研究堅硬頂板破斷失穩(wěn)規(guī)律時采用的是“梁理論”,該理論對于薄層堅硬頂板破斷步距的計算精度較高,但是對于厚層堅硬頂板破斷步距的計算存在較大誤差;且堅硬頂板的變形將導致上覆巖層裂隙場與應力場的改變,但以往也并未對頂板的變形與采動裂隙場、應力場之間的關系展開系統(tǒng)研究。因此本論文對同煤集團塔山礦8212工作面不同厚度堅硬頂板進行研究,采用相關理論,得到厚度差異顯著的堅硬頂板的破斷步距,解釋巖體垮落大小來壓現(xiàn)象。通過相似模擬實驗得到煤壁支承壓力峰值、覆巖裂隙隨堅硬直接頂變形撓度的變化規(guī)律。通過數(shù)值模擬實驗得到堅硬頂板在周期破斷時應力場、塑性區(qū)的演化規(guī)律。從而為類似堅硬頂板下強礦壓顯現(xiàn)與采場失穩(wěn)規(guī)律提供理論支撐。主要研究成果如下:(1)運用關鍵層理論、Vlasov厚板理論及薄板理論推導出厚、薄堅硬頂板發(fā)生破斷的判別式。通過判別式計算出該工作面直接頂破斷步距為35.8m,基本頂破斷步距為69.4m。直接頂首次破斷時,形成小來壓;當直接頂再次破斷時將與基本頂同步破斷,影響范圍及強度均較大,形成大來壓。理論計算結果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)一致。(2)通過相似模擬實驗得到堅硬頂板破斷結構特征。即在20m厚的堅硬基本頂破斷前,整體上采場頂板結構保持穩(wěn)定,在20m厚的堅硬基本頂破斷后,采場頂板結構開始發(fā)生大范圍的失穩(wěn)。采動裂隙大致形成“O”形圈,采動裂隙發(fā)育高度在91m左右。前后垮落角均在60°~70°之間。(3)通過相似模擬實驗得到支承壓力峰值、采動裂隙分形維數(shù)與堅硬頂板變形撓度之間的關系。即堅硬直接頂變形所對應的支承壓力峰值變化與裂隙分形維數(shù)變化具有階段性,前者呈現(xiàn)出“前快,中慢,后穩(wěn)”趨勢;后者呈現(xiàn)出“前慢,后快,再慢”趨勢,并且在堅硬直接頂每次破斷時,裂隙分形維數(shù)的增加具有突變性。(4)通過數(shù)值模擬實驗得到堅硬頂板周期破斷時采動應力場與塑性區(qū)的演化規(guī)律。即布置在不同層位的支承壓力測線形狀逐漸由直線變?yōu)殚_口向上的拋物線,且隨著工作面推進距離的增大,拋物線的開口形狀變大。當拋物線開口變化趨于平緩時,采場達到充分采動。采場在堅硬直接頂周期破斷時,塑性區(qū)向上擴展的角度大致相同,以剪切破壞為主,屈服區(qū)域不斷增大,整個采場的塑性區(qū)形成類似梯形的分布形態(tài)。
【關鍵詞】：特厚煤層 堅硬頂板 厚板理論 破斷 變形
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD327.2
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 采場上覆巖層應力場及覆巖結構移動規(guī)律的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 采場上覆巖層裂隙時空演化規(guī)律的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 研究內容和技術路線13-15
• 1.3.1 研究內容13
• 1.3.2 技術路線13-15
• 2 不同層厚堅硬頂板破斷步距15-28
• 2.1 工作面概況15-17
• 2.2 薄、厚板理論的適用性17
• 2.3 厚層堅硬頂板破斷步距計算17-22
• 2.4 薄層堅硬頂板斷裂步距計算22-25
• 2.5 堅硬頂板破斷步距數(shù)值模擬25-27
• 2.6 本章小結27-28
• 3 特厚煤層綜放開采堅硬頂板失穩(wěn)規(guī)律相似模擬實驗28-41
• 3.1 相似模擬實驗方案28-31
• 3.2 特厚煤層綜放開采堅硬頂板破斷結構特征31-34
• 3.3 采動裂隙分形維數(shù)與直接頂變形撓度關系研究34-38
• 3.3.1 分形與分維35
• 3.3.2 直接頂?shù)淖冃螕隙扰c采場裂隙分形維數(shù)之間的關系35-38
• 3.4 煤壁支承壓力峰值與直接頂?shù)淖冃螕隙汝P系38-39
• 3.5 本章小結39-41
• 4 特厚煤層綜放開采堅硬頂板失穩(wěn)規(guī)律數(shù)值模擬實驗41-51
• 4.1 FLAC3D簡介41-42
• 4.2 數(shù)值模型的建立42-43
• 4.3 采動應力場數(shù)值模擬結果分析43-48
• 4.4 采場塑性區(qū)數(shù)值模擬結果分析48-49
• 4.5 本章小結49-51
• 5 結結論與建議51-53
• 5.1 主要結論51-52
• 5.2 建議52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻54-57
• 附錄57
• A.作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄57
• B.作者在攻讀學位期間取得的科研成果目錄57

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本文編號：1130993