發(fā)布時間：2020-12-11 18:50

　　厚煤層綜放開采是厚煤層安全高效開采的主要方法之一。綜放開采時頂煤的充分破碎是提高頂煤回收率的關(guān)鍵。已有研究表明,支承壓力區(qū)煤體裂隙的發(fā)育程度對頂煤的破碎塊度影響較大,且不同強度煤體在采動應力作用下呈現(xiàn)出不同的演化模式。支承壓力區(qū)煤體的裂隙發(fā)育與煤體所受軸向、側(cè)向應力大小及作用路徑也有較大關(guān)系。為此,論文基于忻州窯礦11&12#堅硬煤層,運用理論、數(shù)值模擬和試驗等方法,研究了堅硬頂煤經(jīng)歷“原巖應力區(qū)預裂弱化-支承壓力區(qū)擾動-支架控頂區(qū)升降擾動”全過程中的破壞機理,主要從以下幾方面開展了工作:（1）通過現(xiàn)場調(diào)研,在實驗室進行煤樣單軸壓縮試驗,并總結(jié)了前人對忻州窯礦巖石力學參數(shù)和地應力的研究結(jié)果,確定論文研究采用的煤體力學參數(shù)為單軸抗壓強度29.29 MPa、彈性模量26.9 GPa、泊松比0.23,確定8935工作面的地應力在10 MPa左右。（2）結(jié)合以往堅硬煤層弱化的實踐經(jīng)驗,預裂爆破的方法對堅硬煤體的弱化具有較好的效果。但由于缺乏相關(guān)的理論支撐,爆破方案主要通過觀測頂煤放出效果適當改進,沒有形成科學的優(yōu)化方法。論文基于有限元動力分析方法引入爆破產(chǎn)生的壓力p與煤體孔隙率α關(guān)系為... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：141 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

單孔巖石爆破時裂隙演化過程

分析裂隙擴展的規(guī)律。由于 PFC 能夠較好的模擬顆粒的位移特性，該方法能計算得出直觀的爆破裂隙，但由于未考慮爆生氣體對巖石的影響，計算得出的裂隙范圍較實際值小。王志亮等[47]總結(jié)了有限元方法、離散元方法在分析動力問題時的優(yōu)缺點，運用有限元軟件 LS-DYNA 對爆破產(chǎn)生的應力波進行計算，然后將炮孔壁處的壓力時程曲線導入離散元軟件 UDEC 中，模擬節(jié)理巖體在爆破過程中的破壞情況，該方法為研究節(jié)理巖體的爆破問題提供了一種新思路。HM An 博士[48]通過每一時步對有限元模型中單元間作用力進行判定，將超過單元連接極限的單元進行分離處理，并將分離后的單元使用離散元方法進行計算，從而模擬爆破作用下巖石的裂隙擴展行為。Yang 博士[49]在其的基礎上，將爆生氣體對巖石模型的作用考慮在內(nèi)，建立了氣固耦合爆破模型，通過設置粘性流體對開裂面的力的傳遞，實現(xiàn)了對爆生氣體驅(qū)動裂隙擴展的模擬。有限元、離散元和有限元離散元耦合的方法對于研究巖石爆破各有自身的優(yōu)勢，三種方法計算爆破裂隙分布如圖 1.3 所示。

應力狀態(tài)進行描述，揭示了采場前方煤體變形特征和裂隙發(fā)育規(guī)律，并采用照片和相似模擬的方法對理論進行了驗證。謝和平等[66]總結(jié)了我國深部典型煤礦的開采特點，分析了放頂煤開采、無開采和保護層開采三種條件下采場前方的支承壓力分布規(guī)律，在此基礎上，升軸壓同時降圍壓的方式來模擬開采過程的應力加載路徑，在實驗室開展了列實驗，得出了各開采條件下煤體在相應加卸載路徑下的采動力學行為。該是基于固定的加卸載路徑的前提下開展的，雖不能精確反應煤礦開采過程采方煤體的破壞過程，但為研究采場前方煤體破壞過程提供了一種新的思路。堅硬煤層放頂煤開采時頂煤在支承壓力作用下難以破壞，在支架頂梁上方呈大塊懸頂結(jié)構(gòu)，如圖 1.4 所示。龐義輝等[69]結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研，分析了堅硬特層頂煤的懸臂梁模型，得出了機采高度與頂煤極限懸頂長度的關(guān)系，運用數(shù)擬方法分析了支架頂梁對頂煤反復支撐次數(shù)、初撐力大小對頂煤破壞的影響為提高初撐力和改進支架結(jié)構(gòu)參數(shù)能一定程度改善堅硬頂煤的破碎效果。然研究忽略了采場支承壓力對頂煤的損傷作用，研究結(jié)果趨于保守。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[10]層狀復合結(jié)構(gòu)動態(tài)力學行為及應力波傳播特性研究[D]. 楊震琦.哈爾濱工業(yè)大學 2010

碩士論文
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[2]大同兩硬復雜煤層安全高效開采技術(shù)研究[D]. 王愛國.遼寧工程技術(shù)大學 2012
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本文編號：2911046