回收礦井殘留的煤柱資源具有重要的社會與經濟價值,這對煤炭資源利用率的提高和礦井壽命的延長都有很大的意義。但是對于殘留保護煤柱形成的工作面來說,煤柱受兩側工作面的采動影響,煤體內應力集中程度大,這又將致使煤柱工作面回采巷道維護困難。針對礦井保護煤柱回收問題,將大陽煤礦萬里井大巷煤柱工作面作為研究背景,本次論文從理論、模擬和現場等多種角度進行綜合性分析,系統(tǒng)研究煤柱工作面一側三個典型的不規(guī)則采空區(qū)影響下,煤柱內支承應力和塑性區(qū)分布規(guī)律、煤柱工作面回風巷合理位置、支護技術以及進行工業(yè)性試驗。本文主要研究成果如下:（1）通過理論分析得到大巷煤柱內集中應力峰值影響范圍以及煤巖體受應力峰值的破壞特征。利用數值計算的方法,研究得到不規(guī)則邊界采空區(qū)條件下,殘留煤體中的應力和變形變化規(guī)律,與規(guī)則邊界采空區(qū)條件下進行對比分析。（2）通過數值模擬方法,模擬三種典型不規(guī)則采空區(qū)開采后,試驗工作面內垂直應力、剪切應力及塑性區(qū)的分布特征�？闯霾灰�(guī)則采空區(qū)中多個尖點的存在使得煤體中應力環(huán)境較為復雜,集中分布范圍及集中程度在垂直煤柱工作面推進方向上錯落分布,且采空區(qū)之間出現應力疊加。綜合分析了各處應力集中區(qū)特征,為巷... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

煤柱工作面上覆巖層結構模型

圖 2-4 沿空掘巷大結構模型Figure 2-4 Large-scale structure model of rock stratums above the gob-side roadway由上述分析可得，在相鄰工作面回采過程中，采空區(qū)頂板冒落影響上覆，上覆巖層會形成新的穩(wěn)定支承結構。穩(wěn)定支承結構可分為三個部分，作面上方穩(wěn)定塊體 A、以及煤柱邊緣上方的鉸接塊體 B、兩側采空區(qū)上塊體 C[77]。其中，塊體 B 由于煤體側基本頂產生的破裂線向上延伸，載荷巖層，并破斷形成。塊 B 在采空區(qū)沒有承載結構，所以會以前期斷線為軸，向下回轉下沉，在穩(wěn)定塊體 A 和垮落塊體 C 之間整體形成。該變形產生的力作用于塊體 B 下方的煤巖體，此類大結構重新形成造成下方煤柱及工作面應力和變形大范圍的變化。沿空巷道會布置于上述大結構下方，大結構是否能夠穩(wěn)定對掘進巷道和采影響巨大，相對而言，巷道在掘進期間對上方大結構的擾動影響較小的穩(wěn)定性在整體上不會有大的改變，結構中巖塊的鉸接狀態(tài)依然可以保所以巷道所處力學環(huán)境的變化也就不大。因此我們可以認為在巷道支護，只要可以維護圍巖小結構的穩(wěn)定，就可以不出現大變形情況[78]。

上覆載荷巖層，并破斷形成。塊 B 在采空區(qū)沒有承載結構，所以會以前期產生的破斷線為軸，向下回轉下沉，在穩(wěn)定塊體 A 和垮落塊體 C 之間整體形成鉸接結構。該變形產生的力作用于塊體 B 下方的煤巖體，此類大結構重新形成過程中會造成下方煤柱及工作面應力和變形大范圍的變化。沿空巷道會布置于上述大結構下方，大結構是否能夠穩(wěn)定對掘進巷道和工作面回采影響巨大，相對而言，巷道在掘進期間對上方大結構的擾動影響較小，大結構的穩(wěn)定性在整體上不會有大的改變，結構中巖塊的鉸接狀態(tài)依然可以保持穩(wěn)定，所以巷道所處力學環(huán)境的變化也就不大。因此我們可以認為在巷道支護技術方面，只要可以維護圍巖小結構的穩(wěn)定，就可以不出現大變形情況[78]。由上述分析可知，大巷保護煤柱工作面在兩側工作面開采后，采空區(qū)上覆巖層會在煤柱邊緣形成支承應力，致使煤體內形成三個區(qū)域，即破碎區(qū)、塑性區(qū)和彈性區(qū)，如下圖所示。采用沿空掘巷，在選定巷道位置時，如果選在破碎區(qū)內，那么巷道圍巖處于較破碎的狀態(tài)，巷道中容易表現出大變形、頂板離層、片幫等災害現象。如果選在彈性區(qū)內，按照前述分析，需留設寬煤柱，這樣就會導致許多煤炭資源的浪費。

【參考文獻】：
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本文編號：3513791