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《河北工程大学》 2017年
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采动覆岩裂隙场发育演化规律模拟实验研究

李奇贤  
【摘要】:由于采动作用影响,在覆岩中产生采动裂隙场,这些裂隙相互连通,给瓦斯运移提供了通道和贮存瓦斯的空间。根据裂隙在覆岩中的分布特征,判别瓦斯富集区和瓦斯运移通道,为解瓦斯灾害问题,就需要研究采动覆岩裂隙的演化规律。利用相似材料物理实验对采场覆岩移动垮落规律进行了实验研究,利用FLAC3D软件对采场覆岩应力场分布进行了模拟研究,利用UDEC离散元软件对采场覆岩裂隙分布形态展开分析研究,得出以下结论:(1)利用物理相似实验研究了上覆移动破坏过程,结合离层率曲线对裂隙的发育-张开-闭合演化过程进行分析,把裂隙演化过程分成单波峰阶段、双驼峰阶段和整体压实阶段三个阶段;利用数字近景测量技术,分析裂隙在覆岩中的空间分布特征,得出梯形裂隙带和裂隙压实带;在采动过程中,开切眼端破断裂隙经历“发育-扩张”过程;由于工作面端的破断裂隙会随着开挖距离的持续推进而向前发育产生新裂隙,工作面端的破断裂隙整体上经历两个阶段的过程,第一阶段(开挖工作停止期间):“发育-扩张”,第二阶段(开挖工作进行期间):“扩张-闭合”的动态过程;而位于采空区中间位置上方覆岩的裂隙经历了“发育-张开-闭合”的过程。(2)利用FLAC3D软件对采场垂直应力演化规律进行了研究,在开挖距离较短时候,在上覆和下伏岩层中形成“拱”形的卸压区,并随着开挖加大而卸压范围加大,当顶板与底板的接触后,在采空区岩石与矸石上形成力的传递,采空区中部应力恢复;并在开切眼与工作面两端形成应力集中区,将沿着推进方向将上覆和下伏岩层应力演化过程可以分成两个阶段:(a)触矸压实未出现阶段:原岩应力区—应力集中区—卸压区;(b)触矸压实出现阶段:原岩应力区—应力集中区—卸压区—恢复区。(3)利用UDEC离散元软件对采动裂隙场裂隙分布特征进行了模拟研究,分析了上覆岩层的变形—离层—失稳垮落的演化过程。开挖距离较短,开切眼与工作面两端煤壁形成简支梁,在岩梁中部产生离层裂隙,随着推进距离的加大,岩梁离层现象加大,一旦超过岩梁得极限时,便在工作面与开切眼两侧形成破断裂隙,但处于采空区中央位置的裂隙会随着推进距离加大开始趋于闭合。
【学位授予单位】:河北工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD325;TD712

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