本文關(guān)鍵詞：采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的“關(guān)鍵層—松散層拱”理論及其應(yīng)用研究

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【摘要】：煤炭開采引起的一系列采動(dòng)損害與環(huán)境問題都與巖層移動(dòng)有關(guān),認(rèn)清采場上覆巖層移動(dòng)規(guī)律的關(guān)鍵在于揭示采動(dòng)覆巖承載結(jié)構(gòu)形式及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。采動(dòng)覆巖通常包含基巖和松散層兩部分。傳統(tǒng)上在研究采場上覆承載結(jié)構(gòu)時(shí)將上覆松散層簡化為均布載荷作用于基巖,忽略了松散層拱結(jié)構(gòu)引起的巖層載荷分布特征的改變。事實(shí)上,我國華東和華北部分礦區(qū)廣泛分布著厚度大于200 m的松散層地質(zhì)條件,此時(shí)忽略松散層拱結(jié)構(gòu)將會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)及上覆巖層破斷規(guī)律及穩(wěn)定性特征計(jì)算結(jié)果的失真。這就要求建立采動(dòng)覆巖承載結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)綜合考慮關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)和松散層拱結(jié)構(gòu),為此本文提出了采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的“關(guān)鍵層-松散層拱”理論。論文采用理論分析、模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測等方法,開展了采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)的“關(guān)鍵層-松散層拱”理論及其應(yīng)用研究。研究了基巖中關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的承載特性和松散層拱結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征。采場上覆基巖中的承載結(jié)構(gòu)為關(guān)鍵層結(jié)構(gòu),關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)承載后主應(yīng)力重新分布形成了應(yīng)力拱,應(yīng)力拱是關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)發(fā)揮承載作用的結(jié)果,而非一種承載結(jié)構(gòu)。采場上覆松散層中的承載結(jié)構(gòu)為松散層拱結(jié)構(gòu),其形成的臨界松散層厚度可以按1.2Lm-0.9Σh(Lm工作面采寬,Σh基巖厚度)確定。建立了采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型,得到了考慮松散層拱結(jié)構(gòu)的主關(guān)鍵層破斷時(shí)的內(nèi)力分布的解析式和“砌體梁”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性判據(jù)。采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)阻止了其上覆巖層下沉和變形,同時(shí)將上覆巖層載荷向采空區(qū)四周轉(zhuǎn)移,工作面推進(jìn)過程中,采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)周期性失穩(wěn)并逐漸向上部發(fā)展,在主關(guān)鍵層初次破斷之前,采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)主要影響主關(guān)鍵層的初次破斷特征,而當(dāng)主關(guān)鍵層進(jìn)入周期破斷時(shí),該結(jié)構(gòu)將同時(shí)影響主關(guān)鍵層的周期破斷特征和“砌體梁”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。揭示了采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)對采場上覆巖層破斷失穩(wěn)的影響機(jī)理。與傳統(tǒng)的將上覆松散層簡化為均布載荷相比,受松散層拱結(jié)構(gòu)的影響,主關(guān)鍵層的初次和周期破斷距增大,關(guān)鍵塊的水平推力增大、剪切力減小,“砌體梁”結(jié)構(gòu)不易發(fā)生滑落失穩(wěn),上覆關(guān)鍵層不會(huì)整體復(fù)合破斷。修正了松散層載荷折減系數(shù)的確定方法,指導(dǎo)了關(guān)鍵層判別和巖層移動(dòng)模擬研究過程中松散層等效載荷的計(jì)算,受松散層拱結(jié)構(gòu)的影響,在關(guān)鍵層判別和巖層移動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)中,松散層的載荷不能簡化為均布載荷,其等效載荷等于上覆松散層載荷乘以載荷折減系數(shù)。理論分析結(jié)果得到了模擬實(shí)驗(yàn)和祁東煤礦7130工作面現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：巖層控制 “關(guān)鍵層-松散層拱” 覆巖承載結(jié)構(gòu) 綠色開采
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD325
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-24
• 變量注釋表24-26
• 1 緒論26-36
• 1.1 問題的提出及研究意義26-28
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀28-34
• 1.3 主要研究內(nèi)容及方法34-36
• 2 基巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)的承載特性研究36-48
• 2.1 關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)承載特性36-43
• 2.2 關(guān)鍵層承載特性的數(shù)值模擬研究43-47
• 2.3 本章小結(jié)47-48
• 3 松散層拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型及演化規(guī)律研究48-72
• 3.1 松散層拱結(jié)構(gòu)特征方程49-57
• 3.2 松散層拱結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型57-65
• 3.3 松散層拱結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析65-66
• 3.4 松散層拱結(jié)構(gòu)演化規(guī)律的影響因素研究66-70
• 3.5 本章小結(jié)70-72
• 4 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)研究72-104
• 4.1 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的形成條件72-75
• 4.2 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律75-97
• 4.3 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型97-102
• 4.4 本章小結(jié)102-104
• 5 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)對采場上覆巖層破斷失穩(wěn)影響的理論研究104-130
• 5.1 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層初次破斷分析104-108
• 5.2 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層周期破斷分析108-112
• 5.3 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的“砌體梁”穩(wěn)定性分析112-116
• 5.4 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的松散層載荷折減系數(shù)確定116-119
• 5.5 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層破斷規(guī)律的程序設(shè)計(jì)119-129
• 5.6 本章小結(jié)129-130
• 6 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究130-152
• 6.1 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)在采場礦壓中的應(yīng)用130-142
• 6.2 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)在關(guān)鍵層判別中的應(yīng)用142-147
• 6.3 采動(dòng)覆巖“關(guān)鍵層-松散層拱”結(jié)構(gòu)在巖層移動(dòng)模擬研究中的應(yīng)用147-150
• 6.4 本章小結(jié)150-152
• 7 主要研究成果及結(jié)論152-156
• 7.1 論文主要結(jié)論152-154
• 7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)154
• 7.3 研究展望154-156
• 參考文獻(xiàn)156-169
• 作者簡歷169-172
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集172

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本文編號：946130