青海木里煤田江倉礦區(qū)位于青藏高原北緣,礦區(qū)地表普遍分布著厚層多年凍土層。與一般的巖層相比,多年凍土層的完整性很好,在煤層開采過程中其對開采安全和地表損害特征都有顯著影響。由于凍土的力學(xué)強度隨溫度而變化,因此考慮凍土層溫度影響對進一步揭示煤層開采過程上覆多年凍土層破壞破斷規(guī)律具有重要意義。本文以江倉礦區(qū)娘姆特煤礦首采區(qū)為具體工程背景,采用物理實驗、數(shù)值模擬及理論分析等方法對大傾角煤層上覆多年凍土層的破斷規(guī)律進行了研究分析。通過單軸壓縮實驗測試了不同溫度下重塑凍土試件的抗壓強度及抗拉強度,得到了溫度與凍土強度的量化關(guān)系;通過FLAC3D軟件對首采工作面進行模擬開挖,對開挖過程中多年凍上層的應(yīng)力分布、運移規(guī)律及塑性區(qū)分布進行了分析。模擬結(jié)果顯示受采動影響,凍土層應(yīng)力分布變化不大,凍土層整體下沉約2m,且土體內(nèi)部由于不同步運移產(chǎn)生位移差,溫度變化對凍土位移影響明顯,凍土層兩側(cè)發(fā)生明顯塑性破壞;在通過理論分析和數(shù)值模擬基礎(chǔ)上,建立力學(xué)模型對走向長壁開采凍土層走向破斷步距進行分析計算,得到凍土破斷步距的計算公式,推斷出娘姆特煤礦首采區(qū)上覆多年凍土層的初次破斷步距≤88m,周期破斷步距≤11m。本文... 

【文章來源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

，井下平行布置有主井、副井、風井，均為斜井井筒，礦井共劃分為四個上山階段，其中一水平階段標高為+3560m。礦井設(shè)計初期以一水平二采區(qū)作為首采區(qū)，首采工作面布置在煤20中，由于煤20屬于大傾角厚煤層，設(shè)計采用的采煤方法為長壁綜放開采。根據(jù)礦井現(xiàn)場勘探相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，由于受到F16、F8兩個規(guī)模較大的逆斷層的影響（如圖2.1），導(dǎo)致煤20的整體強度相對較低，煤質(zhì)疏松易碎。煤20底板為厚泥巖層，硬度小，且在推進過程中存在鼓底現(xiàn)象。煤20受埋深和地表凍土層的影響，在開采工作進行時必然還存在著其他問題及風險。圖2.129勘探線剖面圖（局部）娘姆特煤礦礦區(qū)地表完全被凍土覆蓋，并且該區(qū)域的凍土層有著范圍廣、厚度大的特點。經(jīng)探測地表凍土層厚度呈西南區(qū)厚，東北區(qū)薄的分布規(guī)律，厚度范圍為24m~88m不等（如表2.1）。娘姆特煤礦區(qū)域內(nèi)整個第四系地層均為終年呈凍結(jié)狀態(tài)的凍土層，其中首采區(qū)凍土層下界標高約為+3815m。通過鉆孔數(shù)據(jù)了解到，首采區(qū)地表凍土層上部約有1.5m為季融層，其隨季節(jié)變化發(fā)生凍融現(xiàn)象，融化后水會沿裂隙向下滲透，氣溫降低后會在裂隙中重新凍結(jié)形成冰。季融層融化后會發(fā)生沉降，在地表形成積水，這種凍融現(xiàn)象使當?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件相對惡劣。圖2.2為礦區(qū)內(nèi)露天礦井采坑顯示的凍土層狀態(tài)。

西安科技大學(xué)全日制工程碩士學(xué)位論文10圖2.2露天采坑邊第四系凍土層表2.1娘姆特井田鉆孔凍土層厚度統(tǒng)計表勘探線-鉆孔號凍土層厚度/m凍土層底板標高/m備注29-9087.093801.7鉆孔凍冰深度29-9349.813774.9鉆孔凍冰深度25-8549.843814.8鉆孔凍冰深度29-8152.323829.6鉆孔凍冰深度ZK28-134.983821.7鉆孔凍冰深度ZK27-124.003825.1鉆孔凍冰深度娘姆特煤礦地處高原高寒的平原地帶，該地區(qū)地表植被發(fā)育以草甸、沼澤為主，屬于高原高寒的草甸濕地類型。其整體地貌特征以冰水堆積的傾斜平原地貌單元為主，且分布廣，覆蓋區(qū)域大，由西至東大體為梁狀丘陵分布形態(tài)。受高原地帶的氣候特征影響，礦區(qū)內(nèi)土壤長期處于凍結(jié)狀態(tài)。a冬季b夏季圖2.3娘姆特煤礦典型地表地貌地表水分主要來源為積雪融化及自然降水，水分充足，但由于凍土層的透水性差，

【參考文獻】：
期刊論文
[1]凍土不同拉伸試驗強度差異性研究[J]. 于長一,劉愛民,郭炳川,劉文彬.  巖土工程學(xué)報. 2019(S2)
[2]原狀與重塑凍結(jié)黏土單軸抗壓對比試驗[J]. 陳士威,林斌.  煤礦安全. 2019(06)
[3]季凍土力學(xué)特性及試驗技術(shù)研究[J]. 王淼.  國際地震動態(tài). 2018(10)
[4]深厚沖積層人工凍土力學(xué)性能試驗研究[J]. 宋朝陽,劉志強,譚杰,寧方波,胡曉旭.  煤炭工程. 2018(09)
[5]溫度變化對凍土力學(xué)性質(zhì)影響研究現(xiàn)狀[J]. 劉亞,蔣寧山,李輝,李明麗.  青�？萍�. 2018(01)
[6]凍融循環(huán)條件下人工凍土力學(xué)特性試驗研究[J]. 李棟偉,孫欽杰.  有色金屬(礦山部分). 2017(05)
[7]凍土力學(xué)性質(zhì)影響因素的顯著性分析[J]. 閆冰.  科技風. 2017(10)
[8]拉–壓–剪應(yīng)力下細砂巖和粗砂巖破裂過程聲發(fā)射特性研究[J]. 肖福坤,劉剛,秦濤,趙榮欣.  巖石力學(xué)與工程學(xué)報. 2016(S2)
[9]平?jīng)霭布仪f礦人工凍土力學(xué)性能試驗分析[J]. 柴振乾,楊明紅,李昆.  煤炭技術(shù). 2015(09)
[10]多年凍土層覆蓋礦井開采上限實驗研究[J]. 索永錄,樊慶強.  煤炭技術(shù). 2014(05)

博士論文
[1]多年凍土層下大傾角煤層開采覆巖結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律研究[D]. 商鐵林.西安科技大學(xué) 2017
[2]低溫作用下巖石動態(tài)力學(xué)性能試驗研究[D]. 楊陽.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 2016

碩士論文
[1]娘姆特煤礦首采區(qū)綜放工作面礦壓規(guī)律研究[D]. 雷雨龍.西安科技大學(xué) 2017
[2]多年凍土層下煤層開采地表沉陷規(guī)律研究[D]. 劉超.西安科技大學(xué) 2017
[3]高寒濕地環(huán)境下煤炭開發(fā)的環(huán)境影響評價研究[D]. 馬樹超.蘭州大學(xué) 2008
[4]厚硬頂板破斷規(guī)律及控制研究[D]. 王高利.安徽理工大學(xué) 2008



本文編號：2927221