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大倾角“三软”不稳定厚煤层放顶煤开采矿压规律研究

作　者: 黄春光
导　师: 周英
学　校: 河南理工大学
专　业: 采矿工程
关键词: 大倾角煤层损伤理论矿压显现顶底板移动规律数值模拟
分类号: TD32
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 241次
引　用: 2次
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内容摘要

大倾角“三软”不稳定厚煤层放顶煤工作面矿压规律和顶板顶煤运动不同于缓倾斜煤层,其几何特征和时空关系下的矿压规律和顶板顶煤运动较为复杂。本研究以大倾角“三软”不稳定厚煤层单体液压支柱放顶煤开采可行性及关键技术研究为工程背景,采用损伤理论分析、矿山压力现场测试和数值模拟相结合的研究方法,综合对大倾角煤层(35°)放顶煤开采过程中矿山压力分布规律、顶板和顶煤移动规律进行研究。运用损伤理论得到煤岩损伤破坏本构方程,分析了支承压力的变化规律和影响因素,求解了工作面不同位置的支架工作阻力。通过现场观测确定了采场的基本矿压参数及其来压特征、回采巷道围岩变形特征和支柱工作阻力、动载系数等,并对工作面顶底板进行了分类。利用深基点的观测分析了顶板和顶煤的移动规律,进一步认识顶煤从实体煤到裂隙发展、贯通、破碎的机理。结合FLAC3D数值模拟进一步分析了工作面采场应力和位移的分布规律,并指出防护的重点。以上研究结果为大倾角“三软”不稳定厚煤层单体液压支柱放顶煤开采可行性及关键技术研究提供了依据。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
1 引言  10-24
  1.1 大倾角煤层开采的特点  10-12
  1.2 大倾角煤层主要采煤方法  12-16
    1.2.1 伪斜柔性掩护支架采煤法  12-13
    1.2.2 斜坡陷落采煤法  13
    1.2.3 俯伪斜走向长壁分段密集采煤法  13-14
    1.2.4 斜台阶采煤法  14-15
    1.2.5 长孔爆破采煤法  15-16
  1.3 大倾角工作面矿压规律研究现状  16-19
  1.4 大倾角工作面顶板和顶煤移动规律研究现状  19-22
  1.5 主要研究内容方法及技术路线  22-24
2 支架—围岩关系的损伤理论分析  24-38
  2.1 顶煤单元体的损伤破坏模型  24-28
    2.1.1 煤岩断裂破坏的概率密度函数的提出  24-25
    2.1.2 单轴压缩状态下的统计损伤本构方程  25-26
    2.1.3 三轴应力状态下煤岩的损伤本构方程  26-28
  2.2 大倾角煤层顶煤单元体损伤破坏分析  28-30
    2.2.1 顶煤单元体损伤衰减破坏分析  28-30
    2.2.2 顶煤单元体损伤主轴的确定  30
  2.3 大倾角煤层支承压力分布的损伤力学分析  30-35
    2.3.1 支承压力分布规律损伤分析  30-33
    2.3.2 支承压力分布的影响因素分析  33-35
  2.4 工作面支架工作阻力分析  35-37
    2.4.1 顶煤体垂直变形的压力的求解  35-36
    2.4.2 工作面支架工作阻力的求解  36-37
  2.5 小结  37-38
3 工作面矿山压力观测与分析  38-60
  3.1 试验工作面概况  38
  3.2 工作面矿山压力观测内容和方法  38-42
    3.2.1 观测内容  38-41
    3.2.2 观测方法  41-42
  3.3 38041 工作面矿压显现特征  42-48
    3.3.1 基本矿压规律特征  42-46
    3.3.2 煤体超前支承压力特征  46-48
  3.4 回采巷道围岩变形特征  48-50
    3.4.1 回采巷道观测方案  48-49
    3.4.2 巷道变形特征分析  49-50
  3.5 工作面顶底板的分类  50-57
    3.5.1 回采工作面直接顶分类  51-53
    3.5.2 回采工作面老顶分类  53
    3.5.3 回采工作面底板分类  53-57
  3.6 小结  57-60
4 顶板与顶煤深基点移动规律观测研究  60-68
  4.1 钻孔的布置和观察方法  60-62
  4.2 顶板移动规律分析  62-64
  4.3 顶煤位移观测分析  64-66
  4.4 结论  66-68
5 顶板应力及位移数值模拟分析  68-80
  5.1 数值方法与计算程序介绍  68-69
    5.1.1 数值模拟概况  68
    5.1.2 FLAC~(3D) 数值模拟软件简介  68-69
  5.2 模型建立  69-71
  5.3 工作面数值模拟分析  71-78
    5.3.1 采场应力状态数值模拟分析  71-76
    5.3.2 采场位移状态数值模拟分析  76-78
  5.4 小结  78-80
6 结论与展望  80-82
  6.1 结论  80-81
  6.2 展望  81-82
参考文献  82-86
作者简历  86-87
学位论文数据集  87

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