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唐口煤矿深部开采条带煤柱稳定性模拟试验研究

作　者: 陈军涛
导　师: 郭惟嘉
学　校: 山东科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 深部开采条带煤柱塑性区煤柱稳定性现场观测
分类号: TD823.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

资源的持续开采使得煤炭生产不得不向深部转移,而深部开采带来的地表沉陷预测与控制问题研究不足。为了实现煤炭资源的安全、高效开采,深部条带煤柱的实际承载能力和稳定性能的研究显得尤为重要。本文依托唐口煤矿230、430采区地质资料和生产实际,采用理论分析、现场观测、三维相似材料物理模拟试验、数值模拟的方法对深部条带煤柱的稳定性进行了研究,主要研究内容及结论如下：(1)理论分析了深部条带开采采留尺寸的设计原则,得出了条带开采采留尺寸的确定方法为B=q/(1-k)h/(tanβ),A=0.7H/(tanβ)-B;分析条带煤柱受力,指出“马鞍形”是稳定条带煤柱应力分布的典型形态。(2)对唐口煤矿条带煤柱在采场工作面的推进过程中及进入采空区后的竖向应力和横向变形进行了现场观测,研究了煤柱不同区域应力和形变变化情况。观测指出,工作面开采过程中,煤柱的应力集中区不断向煤柱中部转移,核区范围逐渐减小,直到采空区充分垮落完成。(3)利用大尺度三维立体相似材料物理模拟试验台,对深部煤层开采时条带煤柱运动行为进行了模拟,通过监测得到的数据研究了煤柱上应力及形变的演化及破坏规律。试验指出,煤层开采初期,煤柱所受应力呈波动式非线性增长,当工作面推过煤柱70m距离后,应力变化缓慢趋于稳定。试验监测和现场实际探测结果相似,数据可靠。(4)运用数值模拟软件FLAC3D对深部条带煤柱塑性区宽度分布规律进行模拟分析,研究了煤柱塑性区宽度与影响因素间的关系。结果指出：深部条带煤柱塑性区的宽度随着采深、采厚与采出率的增大而加宽,应力集中峰值也随之不断增大,且有向煤柱内部核区转移的趋势。(5)通过模拟计算知,唐口煤矿研究区深部开采条带煤柱塑性区宽度计算比例系数小于A.H.威尔逊理论公式值0.00492,得出适合研究区深部煤层条带煤柱的塑性区宽度公式Y0=0.00423mH。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-20
  1.1 课题的提出  11-13
  1.2 课题研究状况及评述  13-18
  1.3 论文研究的主要内容及技术路线  18-20
2 深部开采条带煤柱稳定性理论分析  20-34
  2.1 深部岩体的力学特点  20-21
  2.2 条带煤柱稳定性的影响因素  21-23
  2.3 深部煤层条带开采采留尺寸确定  23-26
  2.4 条带煤柱受力分析  26-33
  2.5 本章小结  33-34
3 唐口煤矿条带煤柱稳定性现场监测研究  34-42
  3.1 研究区概况  34-37
  3.2 条带煤柱观测方案  37-38
  3.3 条带煤柱竖向应力监测结果与分析  38-39
  3.4 条带煤柱横向变形监测结果与分析  39-40
  3.5 条带煤柱稳定性分析  40-41
  3.6 本章小结  41-42
4 三维相似材料物理模拟试验  42-69
  4.1 模拟试验的设计与铺设  42-50
  4.2 条带煤柱应力和形变演化及破坏规律  50-57
  4.3 条带煤柱塑性区宽度的数值模拟分析  57-68
  4.4 本章小结  68-69
5 主要结论与展望  69-71
  5.1 主要结论  69-70
  5.2 主要创新点  70
  5.3 不足与展望  70-71
致谢  71-72
攻读硕士期间主要成果  72-73
参考文献  73-77

唐口煤矿深部开采条带煤柱稳定性模拟试验研究

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