收藏本站
《河南理工大学》 2017年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于覆岩应力的岩层移动变形机理及预计模型研究

许国胜  
【摘要】:煤层开采不但影响覆岩内构筑物(硐室、巷道以及井筒等)的正常使用,而且会导致上覆岩层产生移动变形及采动裂隙。一旦采动裂隙沟通上部水体,则可能引起井下突水事故,另外采空区周围采动裂隙作为瓦斯富集通道,对于实现煤与瓦斯安全共采至关重要。上述采动问题均与岩体的移动变形有关,因此研究覆岩移动变形规律及预计模型具有一定的工程和理论价值。本文采用数值模拟、现场实测、力学分析和工程实践等多种研究方法,研究了采动覆岩的应力场及位移场变化规律、覆岩移动变形机理、覆岩动态移动变形规律及预计模型和基于覆岩移动变形的采动裂隙计算方法,主要成果及创新性如下:(1)在研究采场支承压力分布规律的基础上,建立覆岩岩层支承压力分布函数,并通过数值模拟和理论分析得到了采场及上覆岩层支承压力分布变化规律,建立了不同埋深水平岩层支承压力函数之间的联系。依据采场及上覆岩层载荷守恒原理,推导得到不同埋深岩层应力恢复函数的参数变化规律,发现与煤层距离越远的岩层其应力恢复越快。(2)运用弹性板理论建立了岩层挠曲微分方程力学模型,以基本顶岩层为例对力学模型进行求解,验证了力学模型的正确性。分析模型参数的敏感性以及不同埋深水平岩层的挠度曲线变化规律,揭示了覆岩移动变形的机理。(3)以裴沟矿地表移动观测数据为基础,对地表动态移动变形特征进行研究,得到工作面推进过程中主断面最大下沉速度及下沉速度滞后距的变化规律,通过对下沉速度曲线进行函数表达,推导了地表主断面下沉速度预计公式。通过研究地表与覆岩动态移动变形参数之间的关系,建立了主断面上任意开采时刻覆岩动态移动变形预计模型。(4)通过分析覆岩移动变形的力学原理以及覆岩移动规律,认为采动主要影响半径的主控因素是岩层的抗弯刚度,推导得到基于岩层抗弯刚度变化规律的主要影响半径计算公式。利用现场实测数据以及数值模拟结果,运用曲线拟合方法得到下沉系数影响指数和拐点偏移距影响指数,得到了修正预计参数的覆岩移动变形预计模型。该模型以概率积分法为基础,预计参数以地表实测数据为依据,能够反映地表实测移动参数在覆岩中的变化规律,因此预计模型具有很好的可操作性及准确性。(5)通过对覆岩采动裂隙特征的分析研究,分别采用岩层层间拉伸率和层面拉伸率表示层间裂隙和竖向贯穿裂隙的发育程度。利用覆岩移动变形计算模型得到裴沟煤矿工作面开采后覆岩层间拉伸率和层面拉伸率的分布规律。根据现场导水裂隙带发育高度的实测值,反演得到裂隙导水性的移动变形判断指标,即层面拉伸率临界值ε'_S为0.28%,进而提出了基于覆岩移动变形的采动裂隙发育计算方法。然后对后续开采方案进行计算,得到倾向不同开采尺寸下覆岩采动裂隙分布以及导水裂隙带发育高度变化规律,最后对影响导水裂隙带发育的影响因素进行了分析。上述研究成果可以为煤矿现场防治水和进行采动裂隙内瓦斯的抽采提供参考。
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD325

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 任志强;;孤岛工作面覆岩运动规律及矿压显现研究[J];山东煤炭科技;2017年02期
2 刘全明;于雷;;浅埋深综放采场覆岩结构对矿压显现规律的影响[J];煤炭科学技术;2017年03期
3 张国龙;蒋金泉;张培鹏;王普;裴云鑫;徐传伟;刘绪峰;;正断层活化影响下覆岩结构演化规律[J];煤炭技术;2017年09期
4 杨军;杨盛浩;周裕如;赵晔;许猛堂;;近距离煤层开采覆岩导水裂隙带高度模拟研究[J];绿色科技;2017年16期
5 赵晔;杨盛皓;周裕如;杨军;许猛堂;;条带开采下近距离煤层开采覆岩应力变化规律数值模拟研究[J];绿色科技;2017年20期
6 徐一帆;杨洪;;高速公路隧道覆岩稳定性评价的初步研究[J];贵州师范学院学报;2015年03期
7 宋扬;;浅埋煤层覆岩变形破坏数值模拟研究[J];黑龙江科技信息;2015年18期
8 孙力;杨科;闫书缘;许鸣皋;;近距离煤层群下行开采覆岩运移特征试验分析[J];地下空间与工程学报;2014年05期
9 张毅;;覆岩合理厚度确定方法[J];金属矿山;2013年12期
10 杨荣明;陈长华;宋佳林;高英勇;;神东矿区覆岩破坏类型的探测研究[J];煤矿安全;2013年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 金洪伟;许家林;朱卫兵;;覆岩移动的拱-梁组合结构模型的初步研究[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(1)[C];2009年
2 李培现;谭志祥;闫丽丽;邓喀中;;采动覆岩裂隙发育数值模拟力学参数反演[A];岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年
3 张庆松;高延法;刘松玉;;覆岩结构破坏度模型及其应用研究[A];中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集(下册)[C];2003年
4 郭文兵;杨达明;谭毅;白二虎;冯占杰;郑冬杰;;高强度开采覆岩切落式塌陷灾害及防控技术[A];第一届中国西部矿山地质环境保护学术论坛论文摘要集[C];2017年
5 廉玉广;;孔间地震探测覆岩破坏高度的应用研究[A];2015中国地球科学联合学术年会论文集(二十三)——专题55煤炭资源与矿山安全地球物理[C];2015年
6 杨逾;范学理;刘文生;赵德深;;覆岩离层注浆中注浆量的确定[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
7 耿养谋;;矿山开采覆岩应力拱演化规律研究[A];2009矿山灾害预防控制学术研讨会论文集[C];2009年
8 张玉军;;综放开采覆岩破坏高度及裂隙发育演化监测与模拟研究[A];第五届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2010年
9 赵家巍;赵利涛;杨洪增;;充填采场覆岩运动的时间相依性分析及试验研究[A];第十届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2016年
10 隋旺华;;山东金乡矿区煤层开采覆岩破坏及地表沉陷预测[A];水电与矿业工程中的岩石力学问题——中国北方岩石力学与工程应用学术会议文集[C];1991年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 许国胜;基于覆岩应力的岩层移动变形机理及预计模型研究[D];河南理工大学;2017年
2 马其华;长壁采场覆岩“O”型空间结构及相关矿山压力研究[D];山东科技大学;2005年
3 汪华君;四面采空采场“θ”型覆岩多层空间结构运动及控制研究[D];山东科技大学;2006年
4 尹增德;采动覆岩破坏特征及其应用研究[D];山东科技大学;2007年
5 张广伟;软弱覆岩地表沉陷机理研究及应用[D];煤炭科学研究总院;2016年
6 陈俊杰;风积沙区高强度开采覆岩与地表变形机理及特征研究[D];河南理工大学;2015年
7 李西蒙;快速推进长壁工作面覆岩失稳运动的动态时空规律研究[D];中国矿业大学;2015年
8 吴士良;对采场矿山压力有明显影响的覆岩破坏运动演化规律[D];山东科技大学;2002年
9 常西坤;深部开采覆岩形变及地表移动特征基础实验研究[D];山东科技大学;2010年
10 许猛堂;新疆巨厚煤层开采覆岩活动规律及其控制研究[D];中国矿业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 耿逸鹏;不同采深条件下采动引起覆岩移动及松散含水层破坏的相似模拟试验研究[D];太原理工大学;2017年
2 张彦斌;采空区煤柱下特厚煤层综放采场覆岩结构及运移规律研究[D];太原理工大学;2017年
3 刘明;范各庄矿综采条件下覆岩运移规律研究[D];华北科技学院;2016年
4 秦佳斌;云驾岭煤矿厚煤层综采覆岩活动规律研究[D];河北工程大学;2017年
5 韩稳;覆岩隔离注浆压力监测技术研究与应用[D];中国矿业大学;2016年
6 谢晓添;潘三矿1622(3)工作面覆岩运动导水裂隙带发育特征研究[D];安徽理工大学;2014年
7 陈保;基于不同充实率条件下充填开采覆岩裂隙演化规律研究[D];安徽理工大学;2016年
8 高建强;急倾斜煤层采空区覆岩稳定性预测研究[D];西安科技大学;2014年
9 魏义强;大采深条件下采煤活动引起的覆岩移动变形及破坏规律研究[D];太原理工大学;2010年
10 张新国;采场覆岩破坏规律预测及咨询系统研究[D];山东科技大学;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026