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近距离保护层开采多场演化及安全岩柱研究

袁东升

   近距离保护层开采过程中多场演化规律和安全岩柱的研究是一个极其复杂和挑战性的课题,是目前国内外煤矿安全领域研究的热点和难点之一,作为保护层开采预防煤与瓦斯突出技术的研究基础,研究近距离保护层开采条件下瓦斯场、位移场、应力场、裂隙场、塑性损伤区的形成、分布、演化机理和保护层与被保护层之间安全岩柱的受力、变形、破坏、失稳特性,对于人们进一步认识保护层的防突机理,合理规划、设计保护层,扩大保护范围,评价和优化保护效果,采取更加有效的预防瓦斯突出措施,实现煤-气安全、高效开采具有重要的理论意义和工程实用价值。 论文运用理论分析、实验室实验、数学计算、数值模拟和现场参数测试相结合的方法,以平顶山煤业集团有限责任公司为研究对象,对近距离保护层开采条件下的多场演化规律和安全岩柱特性进行了研究,取得了如下成果: 理论分析部分:运用矿山岩石力学、矿山开采理论、煤岩渗透力学理论和瓦斯地质理论,分析了保护层开采过程中采动覆岩的应力场、裂隙场、瓦斯渗流场的演化规律,以及三场演化对煤岩气平衡体系失稳破坏的影响。 物理模拟部分:采用具有国内先进水平的采矿工程物理平面应变模型,测距仪、高速摄像机、电阻应变仪和智能数字采集仪等对覆岩移动破坏过程和“横三区、竖三带”破坏的时空规律进行相似模拟实验研究。 数值模拟部分:应用现有FLAC3D、FLAC5D、RFPA煤岩层破裂分析软件,SURFER数据处理软件及有限元数值模拟软件分析研究了上保护层开采过程中随工作面的推进上覆岩体的充分卸压高度、煤岩层破裂形态及范围以及支承压力分布特征,得出了保护层开采影响范围位移场、裂隙场、应力场、塑性区、瓦斯渗流场的时-空演化和动态分布规律。 安全岩柱研究:针对近距离保护层开采的特点,对保护层开采期间保护层与被保护层之间的安全开采关系进行了数值模拟研究,重点对保护层掘进期间的最小安全岩柱厚度和保护层开采期间的瓦斯突出危险性进行了模拟,得出了掘进期间的最小安全岩柱厚度值,并进行了动态的突出危险性分区,在此基础上提出了保护层开采期间的瓦斯治理措施。 现场应用研究:在上述研究的基础上,结合平顶山煤业集团有限责任公司五矿近距离上保护层己15煤层开采的实践,对实验室试验、物理模拟、数值模拟、理论计算结果进行现场验证,结果表明:实验室实验观测结果、数值模拟结果、现场实际测试结果能够很好的吻合。……   
[关键词]:保护层;气固耦合;数值模拟;煤与瓦斯突出;安全岩柱
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:河南理工大学2010年