采动影响下巷道群稳定性研究

论文摘要

以采动巷道群稳定性为研究对象,以新庄煤矿二水平四条暗斜井赋存状态为研究背景,采用理论分析、相似模拟试验、数值计算模拟以及现场监测相结合的研究方法,分析了采动围岩应力场、护巷煤柱变形破坏和巷道群围岩变形等所揭示的动态规律。研究了动态过程中护巷煤柱稳定性及巷道群变形破坏特征,从而确定了合理的护巷煤柱宽度。主要研究工作如下:(1)通过实验室实验测定出煤柱及巷道群围岩的物理力学性质。(2)分析了区域内的巷道群围岩应力分布特征。采用理论分析方法研究了区域内地质条件下合理的巷间距离;采用数值模拟方法分析了逐步开挖巷道后,在不同时刻区域应力叠加影响及巷道变形特征。(3)通过实验室相似模拟试验,研究了不同采场宽度对巷道群的影响。分析了采动情况下采场上覆岩层垮落的动态特征及运动规律;探讨了采动情况下覆岩的破坏特征及采场侧向支承压力对巷道群的影响。(4)采用理论计算方法,研究了煤柱屈服区宽度。根据小变形弹塑性理论的库仑准则推导出煤柱屈服区宽度计算公式,计算了煤柱屈服区宽度。(5)运用FLAC3D数值模拟方法,研究了工作面煤柱不同留宽对巷道群稳定性的影响。分析了不同煤柱留宽时采场侧向支承压力分布规律;分析采场侧向支承压力对巷道群的影响。(6)对研究区域内观测巷道进行了现场监测研究。分析了工作面开采过程中侧向支承压力的动态分布规律;分析了现场工作面开采对巷道群围岩稳定性的影响。上述研究对解决新庄矿特定地质条件下巷道群护巷煤柱设计、施工和生产中存在的问题,提高煤炭采出率和确保巷道群的稳定及安全生产等都具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 采动护巷煤柱研究现状
• 1.2.2 巷道群稳定性研究现状
• 1.2.3 数值方法在岩体工程中的应用及其基本理论
• 1.3 论文主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 巷道群的巷间效应特征
• 2.1 工程背景
• 2.2 围岩基本力学性质
• 2.3 巷道群巷间效应特征理论分析
• 2.3.1 巷道群围岩稳定性的解析计算
• 2.3.2 单一巷道塑性区半径
• 2.3.3 两巷道之间最小间距
• 2.4 巷道群围岩应力分布规律数值模拟研究
• 3D 的基本原理'>2.4.1 FLAC^3D的基本原理
• 2.4.2 研究目的
• 2.4.3 力学模型和岩性参数
• 2.4.4 边界条件
• 2.4.5 数值计算模型的网格剖分
• 2.5 巷道群数值模拟计算及结果分析
• 2.5.1 数值模拟计算结果
• 2.5.2 结果分析
• 2.6 本章小结
• 3 采动条件下煤柱稳定性相似模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 相似模拟研究
• 3.3 相似模拟试验理论
• 3.3.1 相似模拟理论
• 3.3.2 相似准则
• 3.3.3 相似模拟原型与物理模型设计
• 3.3.4 相似材料配比试验及模型材料用量
• 3.3.5 模型的制作
• 3.3.6 模型的加载
• 3.3.7 模型的开挖及观测
• 3.4 试验观测结果
• 3.4.1 覆岩垮落特征
• 3.4.2 上覆岩层的运动规律
• 3.4.3 采动覆岩层应力分布规律
• 3.5 本章小结
• 4 煤柱留宽对巷道群的影响特征
• 4.1 引言
• 4.2 煤柱屈服区宽度的理论解
• 4.2.1 基本假设
• 4.2.2 基本方程
• 4.2.3 方程求解
• 4.3 数值模拟研究
• 3D 数值模拟软件适用范围'>4.3.1 FLAC^3D数值模拟软件适用范围
• 4.3.2 计算模型的确定
• 4.3.3 岩石力学参数与力学模型的选取
• 4.3.4 数值试验设计与计算方案的确定
• 4.4 动压对巷道群影响的数值模拟结果分析
• 4.4.1 留宽对采场侧向支承压力的影响
• 4.4.2 留宽对煤柱内垂直应力分布的影响
• 4.4.3 采场侧向支承压力对巷道的影响
• 4.5 本章小结
• 5 采动作用下巷道群稳定性的现场监测研究
• 5.1 试验目的及意义
• 5.2 试验设计与实施
• 5.2.1 试验巷道的选择
• 5.2.2 回采工作面侧向支承压力观测
• 5.2.3 巷道收敛变形观测
• 5.3 侧向支承压力观测成果
• 5.4 矿压观测巷收敛观测成果
• 5.5 巷道群巷道收敛观测成果
• 5.6 本章小结
• 6 结语
• 6.1 主要认识及结论
• 参考文献
• 附录1
• 致谢