我國(guó)近距離賦存厚硬巖層的煤炭資源儲(chǔ)量豐富,由于該條件下覆巖破斷失穩(wěn)易于產(chǎn)生工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn),影響工作面的安全生產(chǎn),因此迫切需要對(duì)覆巖活動(dòng)規(guī)律、失穩(wěn)機(jī)理及其控制進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文以朱仙莊煤礦近距離賦存厚硬巖層下厚煤層綜放開采為工程背景,綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析、物理模擬和數(shù)值模擬等方法,對(duì)厚硬巖層物理力學(xué)特性、破斷特征、垮落運(yùn)移規(guī)律、頂板結(jié)構(gòu)特征和支架-圍巖相互作用特征進(jìn)行系統(tǒng)研究,提出基于厚硬巖層預(yù)控制的分區(qū)域頂板協(xié)同控制方法和技術(shù)。論文研究取得如下成果。(1)建立了近距離賦存厚硬巖層破斷的厚板力學(xué)模型,揭示了近距離賦存厚硬巖層在大尺度開采空間條件下的“整層斷裂”、“整體垮落”的破斷失穩(wěn)特征和垮落運(yùn)移規(guī)律,得出了其斷裂失穩(wěn)的力學(xué)條件�；诓煌敯遒x存條件的進(jìn)行了工作面不同礦壓強(qiáng)度分區(qū),明確了易發(fā)生強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的頂板條件和回采區(qū)域。(2)研究了厚硬巖層位移變化規(guī)律、應(yīng)力場(chǎng)演化規(guī)律和能量耗散機(jī)制,探討了厚硬巖層厚度、開采尺度和直接頂厚度等對(duì)厚硬巖層穩(wěn)定性的影響規(guī)律,提出了基于能量原理的失穩(wěn)判據(jù)和控制原則。(3)建立了基于直接頂厚度變化條件下的巨厚堅(jiān)硬巖層與支架相互作用關(guān)系力學(xué)模型,分析了近距離賦存巨厚堅(jiān)硬巖層與支架相互作用關(guān)系特點(diǎn),推導(dǎo)出了該條件下支架支護(hù)阻力計(jì)算公式。(4)結(jié)合朱仙莊煤礦近距離賦存巨厚堅(jiān)硬巖層條件,提出了基于厚硬巖層預(yù)控制的分區(qū)域頂板協(xié)同控制方法和技術(shù)。建立了以厚硬巖層頂板深孔承壓爆破弱化預(yù)控制為前提,支架合理選型為中心的頂板協(xié)同控制體系,為近距離賦存巨厚堅(jiān)硬巖層下厚煤層安全高效開采提供了保障。研究成果對(duì)于類似條件煤層的安全高效開采具有重要現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD327.2
【部分圖文】：

鮑店 103上02粉細(xì)砂巖 15690～2005.84 150 87.7~12二號(hào)煤礦 巖漿巖12225～1806.78 376 49.3躍進(jìn) 23110 礫巖 180~550 8 64 55~6華豐 1405 礫巖 500~600 4.5 150 58.9~7石節(jié) 217 礫巖300234～3508.97 150~200

間加大逐漸斷裂垮落、出現(xiàn)離層；當(dāng)推進(jìn)距離一定時(shí)，巨厚巖漿巖上表面邊緣中點(diǎn)發(fā)生拉破壞；隨推進(jìn)距離進(jìn)一步增大，巨厚巖漿巖中面長(zhǎng)邊中心點(diǎn)處發(fā)生剪破壞，隨后上表面中點(diǎn)處巖體產(chǎn)生拉破裂，并向四周擴(kuò)展，最后中面短邊中心點(diǎn)由于剪切作用發(fā)生破壞。當(dāng)工作面寬度加大時(shí)，開始出現(xiàn)破裂的工作面推進(jìn)長(zhǎng)度減小。文獻(xiàn)[39]分析工作面開采覆巖結(jié)構(gòu)、平衡條件和支架參數(shù)選取關(guān)系，認(rèn)為采場(chǎng)圍巖是大結(jié)構(gòu)、采場(chǎng)支護(hù)是小結(jié)構(gòu)，研究支架參數(shù)是為了使小結(jié)構(gòu)更好適應(yīng)大結(jié)構(gòu)；工作面覆巖“三帶”中冒落帶矸石可近似為“散體”不形成結(jié)構(gòu)有力學(xué)聯(lián)系，裂隙帶巖層間有離層裂隙發(fā)育，說明斷裂后巖塊間嚙合形成力的平衡，即砌體梁結(jié)構(gòu)；對(duì)砌體梁結(jié)構(gòu)平衡條件分析，①巖塊厚度應(yīng)大于巖塊下沉高度，②當(dāng) 時(shí)，無法嚙合平衡；當(dāng) 0 ， 90 時(shí)，平衡條件為 R （ 0 .8～0.9）F；當(dāng) 為負(fù)值，巖塊易平衡， R / F tan( )，上式中 是破斷角， 是破斷角余角， F 是水平擠壓力，R 是F 滑移后垂直分力。認(rèn)為在計(jì)算支架工作阻力等參數(shù)時(shí)，加載在支架上載荷有直接頂巖層的重量，裂隙帶巖層不能平衡作用在支架上作用力以及支架附加作用力。

間加大逐漸斷裂垮落、出現(xiàn)離層；當(dāng)推進(jìn)距離一定時(shí)，巨厚巖漿巖上表面邊緣中點(diǎn)發(fā)生拉破壞；隨推進(jìn)距離進(jìn)一步增大，巨厚巖漿巖中面長(zhǎng)邊中心點(diǎn)處發(fā)生剪破壞，隨后上表面中點(diǎn)處巖體產(chǎn)生拉破裂，并向四周擴(kuò)展，最后中面短邊中心點(diǎn)由于剪切作用發(fā)生破壞。當(dāng)工作面寬度加大時(shí)，開始出現(xiàn)破裂的工作面推進(jìn)長(zhǎng)度減小。文獻(xiàn)[39]分析工作面開采覆巖結(jié)構(gòu)、平衡條件和支架參數(shù)選取關(guān)系，認(rèn)為采場(chǎng)圍巖是大結(jié)構(gòu)、采場(chǎng)支護(hù)是小結(jié)構(gòu)，研究支架參數(shù)是為了使小結(jié)構(gòu)更好適應(yīng)大結(jié)構(gòu)；工作面覆巖“三帶”中冒落帶矸石可近似為“散體”不形成結(jié)構(gòu)有力學(xué)聯(lián)系，裂隙帶巖層間有離層裂隙發(fā)育，說明斷裂后巖塊間嚙合形成力的平衡，即砌體梁結(jié)構(gòu)；對(duì)砌體梁結(jié)構(gòu)平衡條件分析，①巖塊厚度應(yīng)大于巖塊下沉高度，②當(dāng) 時(shí)，無法嚙合平衡；當(dāng) 0 ， 90 時(shí)，平衡條件為 R （ 0 .8～0.9）F；當(dāng) 為負(fù)值，巖塊易平衡， R / F tan( )，上式中 是破斷角， 是破斷角余角， F 是水平擠壓力，R 是F 滑移后垂直分力。認(rèn)為在計(jì)算支架工作阻力等參數(shù)時(shí)，加載在支架上載荷有直接頂巖層的重量，裂隙帶巖層不能平衡作用在支架上作用力以及支架附加作用力。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2830180