深埋藏孤岛工作面护巷煤柱宽度及顺槽支护技术优化研究

论文摘要

以山西煤炭运销集团四通煤业有限公司2号煤上分层孤岛工作面为工程背景,物理力学试验获取工作面围岩力学性质及物理力学参数,利用数值模拟方法确定不同煤柱宽度下工作面顺槽变形趋势,辅助模拟实验进行验证数值模拟结论,确定最优煤柱宽度。在理论分析巷道围岩破坏机理基础上,优化工作面顺槽支护方式并进行工业性试验。通过现场采集岩样并进行物理力学参数测定,借助数值模拟软件FLAC3D,模拟分析了留设5 m、10 m、15 m、20 m护巷煤柱时孤岛工作面顺槽的围岩变形量与变形趋势、应力集中系数及应力变化范围、煤柱内塑性破坏区域分布规律等,确定了合理的护巷煤柱宽度。利用相似模拟试验台,建立了不同护巷煤柱宽度时工作面开采物理模型,模拟在不同煤柱宽度条件下,工作面开采对顺槽巷道围岩变形的影响规律,验证数值模拟所得出的结论。通过理论计算和分析,将岩体分为岩块与结构面,得出岩体变形规律。确定了深埋藏孤岛工作面两侧顺槽受已开采工作面残余支承压力、巷道开挖应力集中和本工作面开采超前支承压力等综合影响。应力相互叠加,是孤岛工作面两侧顺槽在回采过程中变形量速率大幅增加、巷道围岩松动圈范围扩大、巷道维护困难的主要原因。理论分析确定最大应力集中系数及所在位置、煤柱破坏深度用以确定理想条件下护巷煤柱宽度。在此基础上,对深埋藏孤岛工作面顺槽巷道支护方案进行了设计和优化。在四通煤业有限责任公司52上02工作面进行工业性试验,结果表明,护巷煤柱宽度设置合理,巷道支护方案安全可行,保证了回采工作面的正常开采和顺槽巷道的安全使用。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 项目研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国内研究现状
•     1.2.2 国外研究现状
•     1.2.3 孤岛工作面开采现状
•   1.3 存在问题及发展趋势
•   1.4 研究内容与方法
•     1.4.1 研究内容
•     1.4.2 研究方法
•   1.5 创新点
•   1.6 技术路线
• 2 岩石物理力学参数测定
•   2.1 项目工程背景
•     2.1.1 位置与交通
•     2.1.2 地质构造
•     2.1.3 煤层赋存条件
•   2.2 围岩取芯制样
•     2.2.1 顺槽围岩取芯
•     2.2.2 岩石试样制备
•   2.3 岩石密度测定
•     2.3.1 实验原理
•     2.3.2 实验内容及步骤
•     2.3.3 视密度测定结果
•   2.4 岩石抗压强度测定
•     2.4.1 实验原理
•     2.4.2 实验内容及步骤
•     2.4.3 单轴抗压强度测定结果
•   2.5 岩石三轴压缩试验
•     2.5.1 实验原理
•     2.5.2 实验步骤
•     2.5.3 三轴试验测定结果
•   2.6 本章小结
• 3 护巷煤柱宽度优化研究
•   3.1 数值模拟发展
• 3D介绍'>    3.1.1 FLAC^3D介绍
•     3.1.2 Cable结构单元
•     3.1.3 Liner结构单元
•     3.1.4 结构单元间连接
•   3.2 模型建立及初始地应力
•     3.2.1 模型建立
•     3.2.2 S-B法初始地应力
•   3.3 不同煤柱宽度数值模拟
•     3.3.1 5 m护巷煤柱宽模拟
•     3.3.2 10 m护巷煤柱宽模拟
•     3.3.3 15 m护巷煤柱宽模拟
•     3.3.4 20 m护巷煤柱宽模拟
•   3.4 本章小结
• 4 相似模拟试验
•   4.1 试验目的及内容
•   4.2 相似模拟技术的发展
•   4.3 试验方法及设备
•   4.4 相似模拟理论简介
•     4.4.1 相似理论基本原理
•     4.4.2 相似关系
•     4.4.3 岩体相似模型满足规律
•     4.4.4 相似材料选择
•     4.4.5 相似比确定
•     4.4.6 相似材料标准试件制备
•     4.4.7 相似材料强度测定结果
•   4.5 相似模拟实验过程设计
•   4.6 试验结果分析
•   4.7 本章小结
• 5 护巷煤柱宽度确定
•   5.1 岩块破碎分析
•     5.1.1 岩块塑性破坏
•     5.1.2 岩块的弹塑性破坏
•   5.2 结构面变形
•     5.2.1 结构面法向变形
•     5.2.2 结构面剪切变形
•     5.2.3 结构面抗剪强度
•   5.3 煤柱破坏机理及宽度确定
•     5.3.1 原岩应力计算
•     5.3.2 工作面超前支承压力位置及支承压力计算
•     5.3.3 巷道两侧煤体塑性区宽度计算
•     5.3.4 煤柱宽度确定
•   5.4 本章小结
• 6 支护方案优化与工业性试验
•   6.1 支护方案优化
•   6.2工业性实验
•   6.3 本章小结
• 7 结论
• 展望与不足
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目情况

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邓俊禹

导师: 王子君

关键词: 孤岛工作面,数值模拟,相似模拟,围岩控制,深埋藏

来源: 辽宁石油化工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 数学,矿业工程

单位: 辽宁石油化工大学

分类号: TD353;TD322;O242.1

DOI: 10.27023/d.cnki.gfssc.2019.000158

总页数: 84

文件大小: 6888K

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