發(fā)布時間：2022-01-04 23:52

　　大傾角煤層長壁工作面開采過程中,存在支架受載不均勻且易發(fā)生傾倒下滑、煤壁片幫與飛矸頻發(fā)等巖層控制難題,長壁偽俯斜綜合機械化開采方法是解決上述難題的有效途徑,研究大傾角長壁偽俯斜“支架-圍巖”相互作用機理,不僅對該類工作面的支架選型具有重要指導意義,也豐富了大傾角煤層長壁開采理論。本文以綠水洞煤礦地質(zhì)和開采技術(shù)條件為工程背景,采用物理相似模擬實驗、數(shù)值模擬、現(xiàn)場實測等研究手段,對大傾角長壁偽俯斜工作面圍巖應力、位移演化特征,支架-圍巖相互作用特征等進行了系統(tǒng)研究,主要結(jié)論如下:（1）大傾角長壁偽俯斜工作面來壓具有分區(qū)性和時序性。工作面中部先來壓,上部次之,下部最后來壓;來壓的持續(xù)時間表現(xiàn)為下部最長,上部次之,中部最短,且中上部區(qū)域的礦壓顯現(xiàn)大于下部區(qū)域。工作面頂板垮落具有時序性,矸石對于工作面下部的充填是一個動態(tài)的過程,可分為四個階段:①分區(qū)域不均勻充填;②上部區(qū)域矸石下滑;③中、上部垮落矸石將第二階段的未充填區(qū)域充填;④采空區(qū)距支架較遠的區(qū)域,矸石充填的上邊界沿走向呈直線狀。（2）工作面不同區(qū)域破斷頂板對支架的作用形式及程度不同,傾斜中部垮落矸石對支架的作用為“砸、壓、推”,傾斜下部主... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

2大傾角煤層長壁偽俯斜采場支架與圍巖作用特征數(shù)值模擬分析11表2.2煤和巖體的力學參數(shù)序號巖石名稱容重(kg/m3)體積模量(MPa)剪切模量(MPa)泊松比抗拉強度(MPa)粘結(jié)力(MPa)內(nèi)摩擦角(deg)1泥巖和灰?guī)r2420416728690.221.83.5372鈣質(zhì)泥巖2550343538760.091.91.837.53粘土泥巖2420238111630.291.92.632.94煤136016675370.290.61.332.95泥巖和頁巖2520265018020.301.62.4326砂巖和頁巖2530337238160.141.74.520.4根據(jù)支架與圍巖相互作用力研究的需求，本章研究主要采用犀牛軟件Rhino+Kbrix+FLAC3D相結(jié)合的數(shù)值建模與分析方法，對大傾角大采高條件下，復合夾矸頂板與支架相互作用特征進行深入分析。以四川綠水洞煤礦ZZ3600/15/36JD型偽俯斜綜采液壓支架為研究對象，其最大結(jié)構(gòu)高度3.6m，支架寬度為1.68m，最大工作阻力3600kN，支架結(jié)構(gòu)主要包括：立柱液壓缸、前連桿、底座、后連桿、掩護梁、平衡液壓缸、頂梁；同時，鉸接點包括：前連桿鉸接點、后連桿鉸接點、掩護梁－頂梁鉸接點、平衡液壓缸鉸接點、立柱液壓缸鉸接點等。首先采用犀牛軟件Rhino建立液壓支架的三維模型，見圖2.2。建模時，頂梁、掩護梁、前連桿、后連桿按照彈性體處理，底座視為剛性體。其中Rhino進行網(wǎng)格劃分，再通過Kbrix導入FLAC3D中實現(xiàn)。圖2.2三維支架數(shù)值計算模型

2大傾角煤層長壁偽俯斜采場支架與圍巖作用特征數(shù)值模擬分析13（a）數(shù)值計算建立模型（b）等比例支架模型圖2.3數(shù)值計算模型根據(jù)計算模型建立大傾角煤層三維數(shù)值計算模型，F(xiàn)LAC3D三維模型應用rhinoceros外置建模生成，尺寸為寬X×厚Y×高Z=100m×200m×134m，工作面放置等比例支架30個，沿工作面傾向，從下到上依次編號為1#-30#支架，工作面推進方向沿Y軸正方向，開挖80m，前后各留40m邊界煤柱，采用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，應變模式采用大應變變形模式，模型底部限制垂直移動，上部施加覆巖等效載荷5.0MPa，模型前后和側(cè)面限制水平移動，整個模型由3941511個單元組成，包括648205個節(jié)點。應用FLAC3D建立的三維數(shù)值計算模型見圖2.4，三維數(shù)值計算模型原巖應力云圖見圖2.5。在進行開挖計算前，需對模型進行初始平衡計算，通過計算，使得巖層處于原巖應力狀態(tài)。圖2.4數(shù)值計算模型圖（左：立體圖，右：正視圖）

【參考文獻】：
期刊論文
[1]千米深井大采高俯采工作面四柱液壓支架適應性分析[J]. 王國法,胡相捧,劉新華,于翔,劉萬財,呂益,鄭植.  煤炭學報. 2020(03)
[2]大傾角煤層走向長壁開采支架穩(wěn)定性力學分析[J]. 羅生虎,伍永平,解盤石,王紅偉,張浩.  煤炭學報. 2019(09)
[3]急傾斜煤層偽俯斜走向長壁工作面煤壁破壞機理[J]. 楊勝利,趙斌,李良暉.  煤炭學報. 2019(02)
[4]大傾角大采高綜采工作面支架受載與失穩(wěn)特征分析[J]. 羅生虎,伍永平,解盤石,王紅偉,劉寶恒,李昂.  煤炭學報. 2018(12)
[5]大傾角軟煤大采高綜采工作面?zhèn)涡辈贾肹J]. 贠東風,任奉天,伍永平,雷奇,谷斌.  煤礦安全. 2018(11)
[6]大傾角綜采工作面液壓支架剛?cè)峤M合傾覆力矩平衡的支護原理及其應用[J]. 王國法,徐亞軍,李丁一.  巖石力學與工程學報. 2018(S2)
[7]大傾角煤層綜采工作面液壓支架失穩(wěn)機理與控制[J]. 楊科,池小樓,劉帥.  煤炭學報. 2018(07)
[8]液壓可伸縮柔性掩護支架在斌郎煤礦的應用研究[J]. 唐鋒.  煤炭工程. 2018(02)
[9]俯偽斜開采采場頂板破斷模型與工程實測研究[J]. 潘瑞凱,曹樹剛,沈大富,梁俊林,廖建國.  采礦與安全工程學報. 2017(04)
[10]大傾角變角度綜放工作面頂板運移與支架穩(wěn)定性分析[J]. 王紅偉,伍永平,解盤石,曹沛沛,郭峰.  中國礦業(yè)大學學報. 2017(03)

博士論文
[1]大傾角煤層長壁開采圍巖應力演化及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究[D]. 王紅偉.西安科技大學 2014
[2]倒“S”型復雜煤層開采方法優(yōu)化研究與應用[D]. 張偉.中國礦業(yè)大學（北京） 2011

碩士論文
[1]木城澗反程序開采相似模擬實驗和數(shù)值模擬研究[D]. 王亮.遼寧工程技術(shù)大學 2007
[2]梁寶寺礦復雜煤層開采技術(shù)研究[D]. 許靈.山東科技大學 2005



本文編號：3569305