本文關(guān)鍵詞：煤柱內(nèi)沿空巷道采掘應(yīng)力誘發(fā)底鼓機(jī)理與控制技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：長(zhǎng)治、晉城、陽(yáng)泉等高瓦斯礦井回采工作面常采用多巷布置方法治理工作面瓦斯,在相鄰工作面區(qū)段煤柱內(nèi)布置沿空巷道(稱為“煤柱內(nèi)沿空巷道”)可有效減小區(qū)段煤柱寬度并保證巷道整體穩(wěn)定。然而,兩側(cè)采動(dòng)支承壓力疊加作用下,煤柱內(nèi)沿空巷道底鼓強(qiáng)烈,成為制約工作面快速推進(jìn)的瓶頸之一。本文綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法,系統(tǒng)研究了采掘擾動(dòng)下煤柱內(nèi)沿空巷道底板變形破壞過(guò)程、底鼓影響因素及影響規(guī)律、底鼓控制原理和技術(shù)等,取得如下研究成果:(1)研究得到了采掘工程擾動(dòng)下煤柱內(nèi)沿空巷道底板主應(yīng)力演化規(guī)律,并采用空間力學(xué)模型分析了巷道底板巖層主應(yīng)力值增量、水平較大主應(yīng)力與巷道軸向夾角增量(簡(jiǎn)稱為“夾角增量”)對(duì)底板巖層應(yīng)力集中的影響。沿空巷道掘進(jìn)階段近水平方向較大主應(yīng)力增量和夾角增量為巷道底板巖層應(yīng)力集中的最主要影響因素;二次采動(dòng)影響期間,底板應(yīng)力狀態(tài)變化主要由底板深部巖層近鉛垂方向主應(yīng)力增量引起,水平主應(yīng)力影響較小。(2)采用彈塑性空間力學(xué)模型,在合理煤柱寬度條件下,研究了采掘?qū)γ褐鶅?nèi)沿空巷道底板巖層塑性區(qū)擴(kuò)展的作用規(guī)律。沿空巷道掘進(jìn)期間,底板產(chǎn)生較大塑性區(qū),且底角塑性區(qū)大于底板中線塑性區(qū);二次回采期間,底板中線塑性區(qū)擴(kuò)展較小,底角處塑性區(qū)大范圍擴(kuò)展。(3)結(jié)合巖石變形破壞能量理論,推導(dǎo)了受載巖石(體)耗散能比率Rd的計(jì)算式,并通過(guò)巖石力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)證了Rd與巷道底板圍巖峰后破壞程度的耦合關(guān)系,應(yīng)用基于FLAC3D開發(fā)的Rd計(jì)算模塊研究分析了煤柱內(nèi)沿空巷道底板圍巖變形破壞過(guò)程和底鼓機(jī)理。掘進(jìn)期間,讓壓煤柱直接底首先積聚高應(yīng)變能,隨后直接底變形破壞程度和范圍向沿空巷道另一側(cè)傳播,即沿空巷道底板破壞始于讓壓煤柱一側(cè)并向巷道和承壓煤柱一側(cè)底板漸變發(fā)展;二次回采階段,應(yīng)變能積聚主要發(fā)生于沿空巷道承壓煤柱幫及其底板,導(dǎo)致底板變形破壞主要向巷道側(cè)向發(fā)展,而沿空巷道直接底體現(xiàn)為峰后巖體的再次變形破壞。(4)揭示了原巖及采掘應(yīng)力場(chǎng)、圍巖強(qiáng)度、煤巖接觸弱面力學(xué)性質(zhì)等因素對(duì)煤柱內(nèi)沿空巷道底鼓的影響規(guī)律。極限儲(chǔ)能高的堅(jiān)硬圍巖可有效降低底板巖層的變形破壞程度和底鼓量。煤巖接觸面強(qiáng)度越大,沿空巷道底板淺部積聚的應(yīng)變能越小,底鼓顯現(xiàn)越弱,故減小煤巖接觸面的破壞也可有效控制底鼓。(5)針對(duì)煤柱內(nèi)沿空巷道底板變形破壞機(jī)制,提出了“底板切槽+底角錨桿+墩柱加固”的聯(lián)合底鼓控制技術(shù)。沿空巷道掘進(jìn)期間,采用底板切槽技術(shù)減小淺部圍巖水平主應(yīng)力集中,并研究得到了底板切槽合理尺寸計(jì)算式。穿面(指“煤巖接觸面”)底角錨桿可強(qiáng)化接觸面抗剪強(qiáng)度抑制底鼓,分析了穿面錨桿合理安裝角度,以充分加固煤巖接觸面。二次回采前采用墩柱加固頂?shù)装?提高頂?shù)装鍦\部圍巖的殘余強(qiáng)度和極限儲(chǔ)能,抑制沿空巷道強(qiáng)烈底鼓。工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果表明,研究成果有效指導(dǎo)了潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)S1202瓦排巷(煤柱內(nèi)沿空巷道)底鼓控制,為工作面的快速推進(jìn)創(chuàng)造了有利條件。
【關(guān)鍵詞】：煤柱內(nèi)沿空巷道 應(yīng)力演化 耗散能比率 底鼓過(guò)程 底鼓控制
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD327.3
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-25
• 變量注釋表25-27
• 1 緒論27-37
• 1.1 研究背景及意義27-29
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀29-33
• 1.3 存在的問(wèn)題33-34
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與方法34-37
• 2 煤柱內(nèi)沿空巷道底板應(yīng)力演化規(guī)律及形成機(jī)制37-66
• 2.1 引言37-38
• 2.2 數(shù)值模擬關(guān)鍵問(wèn)題38-44
• 2.3 區(qū)段煤柱底板應(yīng)力演化數(shù)值模擬分析44-48
• 2.4 巷道底板應(yīng)力形成機(jī)制力學(xué)模型建立48-54
• 2.5 巷道底板應(yīng)力形成機(jī)制力學(xué)分析54-64
• 2.6 本章小結(jié)64-66
• 3 煤柱內(nèi)沿空巷道底板破壞機(jī)理研究66-86
• 3.1 巷道底板塑性區(qū)力學(xué)模型66-68
• 3.2 巷道底板塑性區(qū)擴(kuò)展規(guī)律68-69
• 3.3 峰后圍巖破壞程度判定指標(biāo)69-75
• 3.4 底板破壞規(guī)律模擬分析75-84
• 3.5 本章小結(jié)84-86
• 4 煤柱內(nèi)沿空巷道底鼓主要影響因素及影響規(guī)律研究86-107
• 4.1 數(shù)值計(jì)算模型建立及主要研究?jī)?nèi)容86-87
• 4.2 原巖應(yīng)力對(duì)巷道底鼓的影響87-92
• 4.3 煤柱寬度及采高對(duì)巷道底鼓的影響92-96
• 4.4 圍巖力學(xué)性質(zhì)對(duì)巷道底鼓的影響96-100
• 4.5 煤巖接觸面對(duì)巷道底鼓的影響100-105
• 4.6 本章小結(jié)105-107
• 5 煤柱內(nèi)沿空巷道底鼓控制原理及技術(shù)107-119
• 5.1 底鼓控制方法與基本思路107-108
• 5.2 底板切槽控制原理及技術(shù)108-112
• 5.3 底角錨桿加固原理112-116
• 5.4 墩柱加固原理116-117
• 5.5 本章小結(jié)117-119
• 6 工業(yè)性試驗(yàn)119-129
• 6.1 試驗(yàn)巷道生產(chǎn)地質(zhì)條件119-122
• 6.2 底鼓控制技術(shù)122-123
• 6.3 底鼓控制效果分析123-127
• 6.4 本章小結(jié)127-129
• 7 主要結(jié)論與研究展望129-133
• 7.1 主要結(jié)論129-131
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)131
• 7.3 研究展望131-133
• 參考文獻(xiàn)133-144
• 作者簡(jiǎn)歷144-147
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集147

  本文關(guān)鍵詞：煤柱內(nèi)沿空巷道采掘應(yīng)力誘發(fā)底鼓機(jī)理與控制技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：299526