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急倾斜煤层水平分段综放开采巷道支护技术研究

作　者: 柴鑫
导　师: 来兴平
学　校: 西安科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 急倾斜煤层三维物理相似模拟声发射钻孔窥视支护对策
分类号: TD353
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 188次
引　用: 3次
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内容摘要

急倾斜煤层赋存和开采条件都比缓倾斜煤层复杂,急倾斜煤层的水平分段综放开采过程中,巷道的变形与失稳对现场安全生产影响尤为突出,因此其巷道支护技术非常值得研究。本论文分析了乌鲁木齐矿区急斜煤层开采的支护现状,研究了乌鲁木齐矿区急斜煤层煤样基本力学性能,认为巷道围岩在达到峰值应力后,仍然具有较好的承载能力,仅仅表现为承载能力的降低,若及时调整支护方式仍可以保持围岩的相对稳定性。通过实验室MTS-AE三轴压缩实验,建立了声发射能率的Weibull分布规律预测函数,可作为现场支护效果的一个评价指标。利用大型立体物理相似模拟装置完成了动态加载条件下巷道上方顶煤及围岩损伤与演化的AE规律、内部损伤变形、表面位移变化特征等分析,揭示了巷道围岩从微观破裂孕育、产生、演化直至宏观破坏、断裂失稳的特征及内在规律。采用FLAC3D有限差分数值分析计算软件,对急斜煤层支护方案的有效性进行了分析。分析的结果表明,采用“锚-网-钢带”支护系统,是实现此类巷道锚杆支护的有效技术途径。最终确定了急倾斜煤层综放开采巷道支护方案,并成功进行工程实践。本研究对于急斜煤层水平分段综放开采巷道稳定性控制具有积极的指导意义,对于国内外其它赋存类似煤层条件的矿区也具有一定的借鉴意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 论文研究的背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-15
    1.2.1 锚杆支护技术发展现状  9-10
    1.2.2 棚式支护技术发展现状  10-11
    1.2.3 巷道锚杆支护技术作用机理研究现状  11-12
    1.2.4 急倾斜煤层水平分段综放开采巷道支护技术发展现状  12-15
  1.3 研究的主要内容和技术路线  15-17
2 煤岩力学参数实验及其变形与破裂特征分析  17-24
  2.1 实验过程  17-18
  2.2 结果分析  18-20
    2.2.1 实验结果整理  18-19
    2.2.2 煤样的全应力-应变特征分析  19-20
  2.3 基于MTS-AE 三轴压缩煤破裂声发射能率的Weibull 分布规律  20-24
    2.3.1 煤样变形与声发射特征  20-21
    2.3.2 声发射能率与时间特征  21-22
    2.3.3 基于AE 能率的Weibull 分布规律  22-24
3 急倾斜煤层综放开采煤岩运动规律相似模拟  24-36
  3.1 概述  24
  3.2 三维立体实验模型构建  24-28
    3.2.1 工程原型与地质条件及地应力特征  24-25
    3.2.2 主要参数确定  25
    3.2.3 测试系统与仪器设备  25-27
    3.2.4 “动-静”耦合加载与局部构造应力的实现  27-28
  3.3 模型材料制备与结构预制  28-30
    3.3.1 模型材料制备  28
    3.3.2 界面与断层结构预制  28
    3.3.3 测试系统布局  28-30
  3.4 立体相似模拟分析  30-35
    3.4.1 动态加载条件下顶煤与围岩应力-变形-AE 规律  30-32
    3.4.2 基于光学钻孔窥视仪监测模型内部损伤  32-33
    3.4.3 基于离层观测的立体模型内部变形  33-34
    3.4.4 基于光学全站仪立体模型表面位移变化规律  34-35
  3.5 本章小结  35-36
4 急倾斜煤层水平分段综放开采巷道运动规律数值模拟  36-43
  4.1 概述  36-37
  4.2 数值模型的建立  37
  4.3 数值计算过程及分析  37-42
    4.3.1 模型开挖后未支护前状态  37-39
    4.3.2 巷道锚杆支护后状态  39-42
  4.4 本章小结  42-43
5 急倾斜煤层综放开采巷道支护方案分析与确定  43-58
  5.1 急倾斜煤层综放开采巷道顶板位移及支护规律研究  43-47
  5.2 支护理论研究  47-52
    5.2.1 悬吊理论  47-48
    5.2.2 组合梁理论  48
    5.2.3 组合拱理论  48-51
    5.2.4 松动圈理论  51-52
  5.3 支护方法分析  52-55
    5.3.1 工程类比法  52-53
    5.3.2 松动圈设计方法  53-55
  5.4 支护方案确定  55-56
  5.5 本章小结  56-58
6 现场工程实践与效果评价  58-66
  6.1 矿区地理位置及地质情况  58-59
  6.2 主要检测仪器及设备  59-62
  6.3 支护效果检测  62-65
    6.3.1 技术方案  62-63
    6.3.2 测试结果及分析  63-65
  6.4 本章小结  65-66
7 结论  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-72
附录  72

急倾斜煤层水平分段综放开采巷道支护技术研究

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