本文選題：斜井　切入點：保護煤柱　出處：《北京交通大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：目前,我國乃至世界上的大多數(shù)國家主要采用留設煤柱的方法來保護煤礦中的各類巷道。然而,此方法雖然可以對巷道起到良好的保護作用,但是同時保護煤柱的回收卻較為困難,浪費了大量的資源。因此,研究護巷煤柱留設的寬度,使其既有利于受護巷道的穩(wěn)定性與安全性,也能盡可能地提高礦區(qū)資源的回采率,具有普遍的經(jīng)濟效益與社會意義。 新街礦區(qū)斜井井筒采用TBM工法進行施工。本文以新街礦區(qū)的煤層開采設計問題為背景,分析煤層開采過程中斜井管片結構的內(nèi)力與位移的變化特征,確定保護煤柱的合理尺寸。經(jīng)驗公式法只籠統(tǒng)地涉及煤層的幾何參數(shù)與力學性質(zhì),而數(shù)值模擬則可同時考慮煤層、巖層、斜井結構的幾何特征與力學特征。 本文采用離散元數(shù)值模擬的方法,主要研究內(nèi)容與成果如下： (1)采用UDEC軟件,選取斜井不同位置的斷面,在3-1煤層中預先假設多個煤柱寬度值,模擬從遠及近的分步開采過程。針對不同保護煤柱寬度,分析斜井結構的受力與變位,在煤柱寬度能使斜井結構滿足安全性與穩(wěn)定性要求的前提下,取其最小值作為斜井保護煤柱的建議寬度取值。在此過程中,發(fā)現(xiàn)回采工作面與斜井的水平距離越小,斜井結構受力狀態(tài)越不利,變位也越大；斜井與開采煤層的豎向距離越大,斜井結構受力狀態(tài)越有利,變位反而越大。同時,UDEC軟件直接模擬得出煤層開采時,節(jié)理產(chǎn)生滑移的區(qū)域,獲得巖層破裂角δ為76。。 (2)在二維模擬的基礎上,結合斜井傾角6。,綜合幾何關系可得煤層工作面與斜井軸線在水平面上的夾角為1.53。,以該角度留設煤柱,采用與二維模擬分析類似的方法,對斜井落底處的一個回采工作面范圍進行三維模擬(3DEC)。模擬結果表明：開采方向取工作面與斜井軸向平行時(有1.53°的夾角)對斜井結構的安全與穩(wěn)定較為有利；先后開采的上、下煤層中的煤柱寬度取值之間影響很大,如上層3-1取40m,則下層5-1中最少需留86m,若3-1煤中取50m,則5-1煤中僅需67m。 (3)以三維固體模型為基礎,采用完全流固耦合的方法,模擬流體在裂隙中流動時的煤層開采,將流固耦合模擬結果與三維固體力學結果進行對比分析,可以得出由于流體的存在,使得斜井結構受力較無流體時不利,位移反而變小,但同時位移不均勻程度加大,最終取代斜井結構的受力成為煤柱寬度取值的控制條件。
[Abstract]:At present, most countries in our country and even in the world mainly adopt the method of keeping coal pillar to protect all kinds of roadways in coal mine. However, although this method can play a good role in protecting the roadway, But at the same time, it is difficult to recover coal pillar and waste a lot of resources. Therefore, the study on the width of coal pillar retaining roadway is not only beneficial to the stability and safety of protected roadway, but also can improve the recovery rate of mining area resources as much as possible. It has universal economic benefit and social significance. The inclined shaft of Xinjie mining area is constructed by TBM method. Based on the design of coal seam mining in Xinjie mining area, the variation characteristics of internal force and displacement of inclined shaft segment structure during coal seam mining are analyzed in this paper. The empirical formula method only deals with the geometric parameters and mechanical properties of coal seam in general, while the numerical simulation can also consider the geometric and mechanical characteristics of coal seam, rock formation and inclined shaft structure. In this paper, the discrete element numerical simulation method is used. The main research contents and results are as follows:. 1) adopting UDEC software, selecting cross section of inclined shaft at different position, presupposing several pillar width values in 3-1 coal seam, simulating step by step mining process from far to near. According to different protection pillar width, the force and displacement of inclined shaft structure are analyzed. On the premise that the width of coal pillar can make the structure of inclined shaft meet the requirement of safety and stability, the minimum value is taken as the recommended width of pillar protection for inclined shaft. In this process, it is found that the horizontal distance between mining face and inclined shaft is smaller. The greater the vertical distance between inclined well and open coal seam, the more favorable the stress state of inclined well structure is, and the greater the displacement is. At the same time, the UDEC software directly simulates the coal seam mining. The fracture angle 未 is 76. 2) on the basis of two-dimensional simulation, combined with inclined angle of inclined shaft, the angle between coal seam face and inclined shaft axis in horizontal plane is 1.53.The coal pillar is set up with this angle, and a method similar to that of two-dimensional simulation analysis is adopted. A 3D simulation of a mining face range at the bottom of a inclined shaft is carried out. The simulation results show that when the mining direction is parallel to the axial direction of the inclined shaft (with an angle of 1.53 擄), the safety and stability of the inclined shaft structure is more favorable; The width of coal pillar in the lower coal seam has a great influence, such as 40m for upper layer 3-1, minimum 86m for lower layer 5-1, and 67m for 5-1 coal if 50m in 3-1 coal. On the basis of three-dimensional solid model, the method of complete fluid-solid coupling is used to simulate coal seam mining when fluid flows in a fissure. The results of fluid-solid coupling simulation are compared with those of three-dimensional solid mechanics. It can be concluded that because of the existence of fluid, the stress of inclined shaft structure is less than that of no fluid, and the displacement becomes smaller, but at the same time, the degree of non-uniformity of displacement is increased, so the stress of inclined shaft structure is replaced by the stress of inclined well structure as the control condition of the width of coal pillar.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD822.3

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本文編號：1616279