三软煤层沿空掘巷窄煤柱稳定性分析及围岩控制研究

发布时间：2017-07-07 15:04

  本文关键词：三软煤层沿空掘巷窄煤柱稳定性分析及围岩控制研究

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【摘要】：随着矿井开拓深度的进一步延伸,煤柱宽度对于维持采场围岩稳定重要性越来越突出,选择较小宽度煤柱可以减少煤炭资源损失。而窄煤柱作为沿空巷道围岩结构重要的组成部分,其稳定性问题一直是实施沿空掘巷技术的关键,本文以任楼煤矿7259工作面为研究背景,在“顶板软、底板软、煤质松软”即三软特征条件下,运用理论分析、数值模拟、工程类比等方法,针对窄煤柱稳定性、合理煤柱宽度留设及沿空巷道围岩控制问题进行了研究。首先从煤柱稳定性机理为切入点,通过构建沿空掘巷力学模型,研究沿空巷道上覆岩体破断结构特征,着重于掘进期间与采动影响阶段弧形三角结构关键岩块B的受力分析,为研究煤柱变形破坏提供力学理论支撑；然后应用FLAC3D数值模拟软件,建立数值模型,研究掘巷前沿空煤体边缘应力分布规律及开掘期、回采期在不同煤柱宽度下的应力分布和位移变化规律,分析不同煤柱宽度护巷作用的效果,进一步判定窄煤柱稳定性,并依据煤柱破坏机理、煤柱留设原则及变形破坏规律,通过煤柱强度经验计算公式,最终确定沿空掘巷窄煤柱合理尺寸为5m。同时结合现场实际条件,采用“一次锚带网索+二次高帮补强加固支护”联合支护方案,能够有效控制围岩变形,取得良好的支护效果,进一步完善了三软煤层条件下沿空掘巷围岩控制技术,为相似条件下沿空掘巷煤柱留设和巷道支护提供一定的理论基础和参考价值,对沿空掘巷设计科学化和矿井安全生产具有重要意义。
【关键词】：三软煤层 沿空掘巷 数值模拟 联合支护
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD353
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 问题的提出及研究意义14-15
• 1.2 沿空掘巷研究现状15-18
• 1.2.1 沿空掘巷煤柱研究现状15-17
• 1.2.2 沿空掘巷围岩控制研究现状17-18
• 1.3 主要的研究内容和技术路线18-20
• 2 沿空掘巷上覆岩体破断结构力学特征及合理时空关系分析20-30
• 2.1 沿空掘巷上覆岩体破坏结构力学特征20-25
• 2.1.1 关键层概念及其特征20
• 2.1.2 上覆岩体破断结构特征20-22
• 2.1.3 弧形三角结构岩块B受力分析22-25
• 2.2 沿空掘巷合理时空关系25-27
• 2.2.1 合理确定掘巷位置25-27
• 2.2.2 合理确定掘巷时间27
• 2.3 本章小结27-30
• 3 三软煤层沿空掘巷窄煤柱稳定性分析30-50
• 3.1 沿空掘巷窄煤柱破坏机理及稳定性影响因素30-34
• 3.1.1 煤柱破坏机理30-31
• 3.1.2 影响窄煤柱稳定性的主要因素31-34
• 3.2 三软煤层沿空掘巷数值模型建立34-39
• 3.2.1 FLAC3D数值模拟软件简介34-35
• 3.2.2 工程地质简况35-37
• 3.2.3 数值模型构建37-38
• 3.2.4 模型边界条件38-39
• 3.3 掘巷前煤体边缘应力分布规律研究39-41
• 3.4 窄煤柱护巷应力场41-46
• 3.4.1 掘进期间煤柱应力分布特征及计算分析41-44
• 3.4.2 回采期间煤柱应力分布特征及计算分析44-46
• 3.5 窄煤柱护巷位移场46-49
• 3.5.1 掘进期间煤柱位移分布特征及计算分析46-47
• 3.5.2 回采期间煤柱位移分布特征及计算分析47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 4 三软煤层沿空掘巷煤柱宽度的合理设计50-56
• 4.1 确定煤柱合理宽度的基本原则50
• 4.2 煤柱变形的影响因素50-52
• 4.3 窄煤柱宽度确定方法52
• 4.4 合理的沿空掘巷的窄煤柱宽度的确定52-54
• 4.4.1 理论计算法52-54
• 4.4.2 数值模拟法54
• 4.4.3 工程类比法54
• 4.5 本章小结54-56
• 5 三软煤层沿空掘巷围岩控制及现场矿压观测56-76
• 5.1 沿空掘巷围岩变形主要影响因素分析56-58
• 5.2 窄煤柱围岩的支护准则58
• 5.3 7_259工作面沿空掘巷支护方案58-64
• 5.3.1 支护方案设计58-64
• 5.4 巷道矿压观测与支护效果分析64-74
• 5.4.1 矿压观测目的64
• 5.4.2 矿压观测内容及方法64-67
• 5.4.3 7_259回风巷表面位移观测分析67-71
• 5.4.4 围岩深部位移观测分析71-74
• 5.4.5 测力锚杆工况74
• 5.5 本章小结74-76
• 6 主要结论与不足76-80
• 6.1 主要结论76-78
• 6.2 存在的不足78-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 作者简介及读研期间主要科研成果86

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本文编号：530657