發(fā)布時間：2017-12-17 03:03

  本文關鍵詞：酸化煌斑巖物理力學特性及其對采場覆巖運移的影響

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【摘要】：堅硬頂板條件下礦壓顯現(xiàn)規(guī)律相比于普通頂板條件下,其礦山壓力顯現(xiàn)更為劇烈。采掘煤層推進后,堅硬頂板大面積懸露但并不垮落,垮落步距較普通頂板條件下急劇增大。煤層采掘后,堅硬頂板應力重新分布,造成煤層圍巖應力不均,此類硬脆性巖層吸收了大量彈性勢能,并在峰值瞬間爆發(fā),當其垮落時,可能會對采場和工作面造成嚴重破壞,甚至發(fā)生礦震和沖擊地壓事故。特別是在特厚煤層開采條件下,產(chǎn)生的后果更加嚴重。在大同礦區(qū),煌斑巖以層狀大面積狀態(tài)侵入3-5號近20m厚的特厚煤層的頂板,形成堅硬頂板。通過對煌斑巖的巖石學特征研究發(fā)現(xiàn),煌斑巖內(nèi)部含有大量碳酸鹽類成分,因此本文基于此,提出了使用酸溶液軟化煌斑巖方法(簡稱這種方法為酸化),旨在降低煌斑巖強度,減小其沖擊傾向性,降低堅硬頂板對下部特厚煤層開采的不利影響。本文從對酸化煌斑巖力學實驗,微觀實驗,數(shù)值模擬方法入手,對溶液pH值,電導率值,酸化煌斑巖試樣力學性質,掃描電鏡結果,及建立的數(shù)值模擬模型等方面進行研究,得到酸化煌斑巖強度損傷情況,及微觀上試樣結構變化。通過建立UDEC模型,得到酸化前后特厚煤層開采時塑性區(qū)和垂直應力的變化。主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)對煌斑巖浸入酸溶液后溶液pH值和電導率值進行實時監(jiān)測,結果顯示,煌斑巖浸入酸后,溶液中反應可大致分為兩個階段,分別為迅速變化階段:此階段pH值快速上升,電導率值迅速下降,且隨著溶液p H值的降低,此階段有變長的趨勢;緩慢變化階段:在這個階段內(nèi),pH值緩慢上升,電導率值緩慢降低。(2)通過實驗室實驗對酸化煌斑巖試樣巖石特征和力學性能進行研究,探究煌斑巖酸化前后單軸抗壓,巴西劈裂力學特征,質量損失,充分了解酸化煌斑巖特性。結果顯示,酸化煌斑巖試樣單軸抗壓強度和巴西劈裂強度降低十分明顯,且溶液p H值越小,強度損傷越大,彈性模量損傷越大,質量損失越多。(3)通過對酸化煌斑巖試樣進行微觀實驗、元素分析及數(shù)值模擬模型建立,探究煌斑巖酸化前后微觀結構變化,及從數(shù)值模擬方面探究試樣模型的接觸網(wǎng)絡,接觸力鏈變化。結果顯示,酸化煌斑巖試樣表面孔隙數(shù)量增多,尺寸增大,C元素缺失。與初始狀態(tài)接觸網(wǎng)絡相比,接觸網(wǎng)絡區(qū)域斷裂破壞顯著,且浸泡試樣的溶液pH值越小,破壞越顯著。且接觸力鏈較平衡狀態(tài)變粗,意味著球體更容易被破壞。(4)通過建立煌斑巖酸化前后侵入條件下UDEC模型,得到酸化前后煤層及頂板活動規(guī)律影響。結果顯示,與原始狀態(tài)相比,煌斑巖頂板經(jīng)酸軟化后的初步垮落步距減小,降低了其作為堅硬頂板對下部煤層開采造成的不利影響。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD325

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本文編號：1298469