端帮压煤条带开采下煤柱及坡体稳定性机制研究

发布时间：2020-05-11 15:49

【摘要】：条带开采是露天矿有效回收端帮压煤,提高资源回收率的重要方法和途径,并迅速在露天矿呆滞煤开采中得到广泛运用。端帮压煤条带开采将对端帮坡体的应力场、变形场产生强烈扰动,甚至危及坡体的稳定性,同时条带开采煤柱自身的稳定性也是实现端帮压煤安全高效开采的重要保证。目前,端帮压煤条带开采的装备及技术开发已有较丰富的成果,但对于端帮压煤条带开采煤柱及坡体的失稳机制研究较为滞后,一定程度上限制了端帮压煤条带开采技术的发展。本文综合运用试验研究、理论分析和数值模拟等方法与手段,对端帮压煤条带开采煤柱和端帮坡体的稳定性机制和控制方法进行了系统研究。取得了如下主要研究成果:(1)针对某露天矿端帮边坡的岩层介质开展了直剪和剪切蠕变试验测定,得到了该岩层介质的直剪强度特征和剪切蠕变规律,建立了相应的蠕变本构模型,并给出了具体的模型参数,为端帮压煤条带开采边坡稳定性分析提供了基础。(2)建立了端帮压煤条带开采下煤柱的力学模型,推导出条带煤柱两侧塑性区宽度的计算公式。该公式同时考虑了煤层界面和煤柱两侧塑性区的对煤柱稳定性的影响,改进了现有煤柱塑性区宽度的计算公式,并分析给出了煤柱高度、煤体的粘聚力和内摩擦角及煤柱极限应力等对煤柱两侧塑性区宽度的影响规律。(3)基于板的稳定性理论,建立端帮压煤条带开采煤柱稳定性的力学模型,分析给出了煤柱稳定性临界载荷的理论估算式,并得到了端帮压煤条带开采深度、开采高度和煤柱宽度等对煤柱稳定性的影响规律。(4)建立了露天矿端帮压煤条带开采煤柱稳定性的数值计算模型,分析给出了端帮压煤条带开采采硐围岩的应力、变形及塑性区分布特征,得到了煤柱宽度和煤柱高度对煤柱变形和稳定性的影响规律。(5)建立了露天矿端帮压煤条带开采坡体稳定性的数值计算模型,分析得到了端帮压煤条带开采的采硐深度、高度、煤柱留设参数、边坡角度及边坡岩体赋存条件(岩层倾角、软弱互层特性等)等对端帮坡体的变形和稳定性的影响规律。基于本文建立的剪切蠕变本构模型,分析得到了端帮压煤条带开采下坡体的蠕变变形特征和稳定性随时间的变化规律。本文研究成果可为类似条件下的端帮压煤条带开采煤柱和坡体稳定性控制提供重要参考。
【图文】：

技术路线图,压煤,条带开采,露天矿

1 绪论煤条带开采采硐围岩的应力、变形及塑性区分布特征，以及煤柱宽度和煤柱高度等对煤柱应力、变形和塑性区分布的影响规律。(5) 建立露天矿端帮压煤条带开采坡体稳定性的数值计算模型，分析端帮压煤条带开采的深度、高度和采留比等对端帮坡体的变形和稳定性的影响规律。进一步研究边坡角度和边坡赋存条件（岩层倾角、软弱互层特性等）对端帮压煤条带开采下坡体变形和稳定性的影响。最后，基于本文建立的露天矿岩层介质剪切蠕变本构模型，分析端帮压煤条带开采下坡体的蠕变变形特征和稳定性随时间的演化规律。1.3.2 研究方法及技术路线本文围绕端帮压煤条带开采中煤柱和坡体的变形破坏特征及稳定性控制方法，采用力学试验、理论分析和数值模拟相结合的综合研究方法进行研究。课题研究的技术路线如图 1-1 所示。

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博士学位论文动：蠕变一段时间之后再卸载，岩石的部分应变不度：岩石在长期载荷作用下，经历蠕变变形而不变性质性质是指岩石在长期恒定载荷作用下的变形特性过程曲线。可见，岩石的应变由两部分构成：①应变，，0 ；② 岩石随时间不断发展的而产生的蠕0 (t )时间的变化情况不同，可将蠕变曲线分成三个阶速蠕变阶段（BC 段）和加速蠕变阶段（CD 段）
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD824

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