论文题目: 煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 采矿工程
作者: 张国辉
导师: 段克信
关键词: 构造应力,支承压力,煤体强度,钻孔突出,临界压力,钻孔破坏半径,模式识别概率预测,瓦斯抽放,卸压排放钻孔
文献来源: 辽宁工程技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文以矿井动力现象显现为背景,综合采用实验室试验、现场测试、理论分析及数值模拟等研究方法,着重从应力环境入手,探讨了煤与瓦斯突出等矿井动力现象的发生条件、预测方法和防治措施的合理参数。阐述了通过建立现今地质构造模型、地应力测量和数值计算确定煤层及围岩原岩应力的方法。以取决于上覆岩层强度性质的压力角为边界,圈定出充分移动区并建立数学模型,按照影响支承压力分布的采深、压力角、煤体强度和煤层厚度四个主要因素及煤柱宽度组成数十个数值模拟方案。拟合分析数值模拟结果得出了在各种煤层赋存和开采条件下的支承压力特征参数和分布的计算式;给出了构造应力区中煤柱的应力分布规律。通过拟合分析煤样单向抗压强度的尺寸效应实验室试验和基于Weibull 分布的数值试验结果,得出了影响任意煤样强度的两个系数和由标准煤样强度计算原煤强度及煤体强度的回归公式。在多个方案数值模拟的基础上,确定了钻孔卸压的三个基本影响因素,给出了由煤层应力、煤体强度和钻孔有效直径计算钻孔破坏(卸压)半径的表达式。对钻孔突出物理试验和模拟试验结果进行综合分析,得出了发生钻孔突出的临界压力,探讨了压出型煤与瓦斯突出发生的应力条件。将研究成果和模式识别概率预测方法应用于平顶山六矿防突实践,进行了突出危险区域预测,制定了瓦斯抽放和卸压排放钻孔治理措施。
论文目录:
1 绪论
1.1 研究岩体应力状态的意义
1.2 煤与瓦斯突出防治研究概况及发展趋势
1.3 冲击地压防治研究概况及发展趋势
1.4 本文的研究工作
2 煤层应力状态研究
2.1 原岩应力分布的数值计算
2.1.1 构建区域现今构造格架模型
2.1.2 地应力测量
2.1.3 原岩应力分布数值计算
2.2 重力场中支承压力的计算
2.2.1 数值模拟方法简介
2.2.2 力学模型和数值模拟方案
2.2.3 支承压力的影响因素分析
2.2.4 支承压力计算
2.2.5 计算实例
2.3 构造应力作用下煤柱中支承压力分布规律
2.3.1 力学模型和数值模拟方案
2.3.2 不同煤柱尺寸应力分布的计算结果
2.4 本章小结
3 基于 Weibull 分布的煤体强度计算
3.1 煤样单项抗压强度尺寸效应的试验研究
3.2 基于weibull 分布的煤样单向抗压强度
3.3 煤体单向抗压强度计算
3.4 本章小结
4 钻孔喷孔试验
4.1 试验的目的、内容及方法
4.1.1 概述
4.1.2 试验目的
4.1.3 试验内容
4.1.4 试验过程及方法
4.2 实验仪器、设备
4.3 侧向应变的测量及侧向压力的确定
4.3.1 侧向应变的测量及结果
4.3.2 侧向压力的计算
4.4 喷孔次数与压力的关系及临界压力的确定
4.4.1 喷孔次数与压力的关系
4.4.2 临界压力的确定
4.5 本章小结
5 卸压(排放)钻孔参数的数值模拟分析
5.1 钻孔卸压及排放原理
5.2 卸压(排放)钻孔破坏半径的影响因素
5.2.1 煤层强度的影响
5.2.2 垂压的影响
5.2.3 孔径的影响
5.3 卸压(排放)钻孔破坏半径的计算
5.4 本章小结
6 压出型煤与瓦斯突出的区域预测及防治
6.1 平顶山六矿概况
6.2 基于模式识别的煤与瓦斯突出概率区域预测
6.2.1 断块构造划分
6.2.2 地应力测量与岩体应力分析
6.2.3 瓦斯参数的测定与计算
6.2.4 其它煤与瓦斯突出影响因素
6.2.5 区域预测结果
6.3 综采工作面防突措施
6.3.1 工作面概况
6.3.2 卸压排放(注水)钻孔参数设计
6.3.3 预测与效果检验
6.4 本煤层瓦斯抽放钻孔布置
6.4.1 有效抽放半径的计算
6.4.2 抽放钻孔布置
7 结论与展望
致谢
参考文献
作者简介
发布时间: 2005-08-30
参考文献
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