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文檔簡介
1、本論文針對兩層近距離薄煤層開采二次沿空留巷開展研究,對二次留巷全過程中,采場圍巖內(nèi)應力和裂隙的分布、演化規(guī)律進行了分析。根據(jù)覆巖的破斷規(guī)律和結構特征,揭示了不同開采階段采場頂板結構的穩(wěn)定性及巷道圍巖的壓力顯現(xiàn)規(guī)律。分析了頂板內(nèi)力、應力、塊度分布規(guī)律和破斷特征,建立了二次留巷關鍵塊穩(wěn)定性模型,分析了不同支護條件下關鍵塊的穩(wěn)定性。此外,還對散體矸石的力學性能進行了測試和研究。通過本論文的研究,主要獲得以下成果和進展:
?。?)對二次
2、留巷全過程中,采場卸壓區(qū)形態(tài)、支承壓、巷旁支護阻力以及裂隙的動態(tài)分布和演化規(guī)律進行了分析。通過定義顆粒間破斷粘結與初始粘結數(shù)量的比值關系,建立了描述覆巖破壞狀態(tài)的損傷因子,研究了不同開采時期采場圍巖內(nèi)的損傷演化規(guī)律。
?。?)基于變形和破斷判據(jù),對覆巖關鍵層位進行了判定。建立了基于能量守恒定律的裂隙帶高度力學模型,根據(jù)韋家溝煤礦地質(zhì)及開采條件,計算了裂隙帶發(fā)育高度。根據(jù)分形理論,對采動覆巖在二次留巷不同階段內(nèi)裂隙的分形盒維數(shù)變化
3、規(guī)律進行了分析,獲得了二次留巷全過程中頂板破斷及結構穩(wěn)定性的變化規(guī)律。
(3)基于顆粒流理論,選取顆粒和粘結的彈性模量、剛度比以及粒間摩擦系數(shù)為變量,對宏觀強度、峰值應變和彈性模量的變化規(guī)律開展研究,獲得了顆粒和粘結的細觀參數(shù)變化時模型的宏觀力學響應規(guī)律?;趨?shù)敏感性分析及校驗結果,分析了二次留巷裂隙場發(fā)育及演化規(guī)律。
?。?)建立了四邊固支頂板模型,通過施加梯度載荷和均布載荷模擬不同煤層賦存條件。采用加權殘數(shù)法,獲
4、得了基于撓度函數(shù)的頂板內(nèi)力和應力分布函數(shù)。通過數(shù)值計算,獲得了頂板在均布和梯度載荷作用下的破斷規(guī)律,進而建立了破斷巖塊的鉸接面平面桁架結構模型。采用機動法對破斷巖塊的尺寸特征函數(shù)進行了推導,并求解了各影響因素的敏感性。結果顯示,在各因素中,巖層厚度對于關鍵塊的破斷尺度影響最大,其次為覆巖載荷,頂板的抗拉強度在較小的取值區(qū)間內(nèi)影響較明顯,工作面長度的影響最小。
?。?)基于二次沿空留巷頂板的變形及破斷規(guī)律,建立了一次采動滯后段、二
5、次采動超前段及二次采動滯后段沿空巷道關鍵塊穩(wěn)定性力學模型,分析了不同留巷時期,關鍵塊的受力特征及平衡條件。建立了表征關鍵塊穩(wěn)定性的判斷函數(shù)K1和K2,對不同開采階段關鍵塊在支護參數(shù)變化下的穩(wěn)定性進行了分析,并模擬了不同端部條件下巷旁支護體的承載、變形及破壞規(guī)律。
(6)針對矸石在自由壓縮條件下的力學響應規(guī)律開展了顆粒流模擬和物理實驗研究。在自由壓縮下,小粒徑矸石的增阻速率在前期比大粒徑矸石小,后期增阻速率明顯提升并大于大粒徑矸
6、石。符合Talbot級配的矸石前期變形量明顯減小,增阻速率塊,且施加錨固后的散體矸石承載性明顯提升。矸石的自由壓縮從時間上可分為三個階段:自組織平衡階段(I階段),破碎壓密階段(II階段)和固結增阻階段(III階段)。對處于II、III階段的矸石而言,按受力狀態(tài)的差異,從空間上可劃分為:I區(qū)域,自組織平衡區(qū);II區(qū)域,咬合破碎區(qū);III區(qū)域,固結區(qū)。各區(qū)域呈近似同心圓形分布。其中,固結區(qū)是主要承載體,其受載變形規(guī)律將直接影響矸石的壓縮性
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