近距离底部临空条件下底板破裂及其稳定性研究

论文摘要

本文以北京木城涧煤矿+570水平六石门区域的三槽上行开采为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场探测相结合的综合研究方法,对煤层间距平均仅33.5m的近距离底部临空条件下底板破裂及其稳定性进行了研究。结合岩体卸荷应力应变曲线,分析了底部临空开采节理岩体采动损伤机理;利用卸荷模量的衰减定义了损伤变量,在进行了一些假定的情况下推导了节理岩体采动损伤本构模型,对该模型的特性分析表明:其能够很好的反映出由开采引起的节理岩体卸荷效应。对底部临空开采进行了UDEC数值模拟,模拟结果表明:二、三槽开采的过程中,对三槽底板应力分布造成的影响为拱形;当考虑岩体卸荷损伤特性时,三槽底板的各岩层所受影响均较大,三槽直接底及底板中间区域靠近二槽基本顶处还出现了较明显的离层。通过现场底板钻探、钻孔摄像探测及底板离层监测等综合手段,对三槽底板稳定性进行了探测研究。结果表明:三槽底板向下破碎带分布的趋势依次为弱裂隙带、微裂隙带及强裂隙带;其中微裂隙带是一关键层,其能保证三槽底板在开采过程中处于稳定状态。对现场探测和数值模拟结果进行了对比,结果表明:考虑岩体卸荷损伤特性能更好的体现出工程实践中三槽底板的破碎带分布规律、离层显现特征及三槽开采过程中直接顶的垮落规律。因此,在开采过程中考虑岩体的卸荷损伤特性十分必要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 相关问题研究的进展与现状
• 1.3 主要研究内容及技术路线
• 2 节理岩体采动损伤描述
• 2.1 节理岩体损伤力学基本理论
• 2.2 底部临空开采节理岩体采动损伤的力学机
• 2.3 节理岩体采动损伤的描述方法
• 2.4 本章小结
• 3 底部临空开采离散元数值模拟分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 离散元分析软件 UDEC简述
• 3.3 基于 UDEC模拟底部临空开采的有效性
• 3.4 无损伤底部临空开采 UDEC模拟分析
• 3.5 考虑损伤底部临空开采UDEC模拟分析
• 3.6 本章小结
• 4 底板稳定性现场探测研究
• 4.1 底板钻探研究
• 4.2 钻孔摄像探测研究
• 4.3 底板离层监测分析
• 4.4 现场探测综合分析及与数值模拟结果的比较
• 4.5 本章小结
• 5 结论、创新点与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 主要创新点
• 5.3 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录