边角煤采场围岩应力分布规律与防冲设计研究

论文摘要

随着矿井开采强度的不断加强,正规长壁工作面回采完后遗留下的边角煤块段的安全采出成为许多矿井不得不面临的重大难题。本文运用了理论分析、工程类比、数值模拟和现场实测等方法,分析研究了边角煤块段的顶板运动变形特征、防冲巷道布置、煤岩冲击危险性影响因素、以及矿压显现实测规律。针对边角煤采场典型的复杂采动条件,分别讨论了四种边界条件下及几何尺寸较小的工作面的覆岩空间结构的形成和运动特征。运用弹性力学理论,视边角煤采场采空区顶板为不同边界条件的直角梯形弹性薄板模型,采用康托洛维奇近似变分法推导出了直角梯形薄板的弯曲位移函数。以地质条件类似而边界条件不同的五个工作面矿压显现规律作为工程类比,以对边角煤工作面影响的理论分析和数值模拟为依据,提出了边角煤工作面的防冲布置方案并对其优化；从地质因素和开采技术因素两方面分析了边角煤工作面回采的冲击危险性,计算出兴隆庄煤矿边角块段首采面B1302而的冲击地压危险状态等级评定综合指数Wt=0.71,为具有中等偏强冲击危险性工作面。以B1302面为工程背景,通过数值模拟,分析了不同边界条件下、工作面回采的不同阶段时采场煤岩体内走向和倾向垂直应力分布特征、采场围岩的破坏形态特征,分析了不同的边界条件对工作面回采时围岩应力分布造成的影响。根据数值模拟的结果,将B1302面的冲击危险区域划分为5类,并计算出各个分区的冲击危险综合评定指数。通过现场实测,获得了边角煤采场B1302面的顶板运动规律和煤体支承应力分布规律,根据支架工作阻力特点,得出了ZFG5200/19/32H型放顶煤支架能够满足边角煤工作面生产要求的结论,并证明了防冲措施行之有效。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 课题相关理论的研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容、研究方法
• 2 边角煤采场覆岩空间结构
• 2.1 边角煤采场覆岩空间结构分类
• 2.2 不同边界条件的边角煤采场覆岩空间结构
• 2.3 小结
• 3 边角煤采场顶板弯曲变形力学分析
• 3.1 基本假设与力学模型建立
• 3.2 力学模型的基本关系式
• 3.3 直角梯形薄板弯曲函数的解算
• 3.4 小结
• 4 不同边界条件边角煤采场开采数值模拟
• 3D介绍'>4.1 数值模拟软件FLAC^3D介绍
• 4.2 数值计算的工程地质概况
• 4.3 数值模拟结果分析
• 4.4 B1302工作面冲击危险区域划分
• 4.5 小结
• 5 边角煤工作面防冲设计研究
• 5.1 试验区域地质条件概述
• 5.2 边角煤工作面冲击危险性分析
• 5.3 边角煤工作面防冲巷道布置设计
• 5.4 B1302工作面冲击危险指数评价
• 5.5 小结
• 6 B1302工作面矿压显现规律实测研究
• 6.1 工作面地质及生产技术条件
• 6.2 工作面矿压观测方案
• 6.3 工作面实测顶板运动规律
• 6.4 支架支护阻力分布特征
• 6.5 工作面超前支承应力分布
• 6.6 小结
• 7 主要结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要成果