兴隆煤矿下保护层开采倾向保护范围划定相似模拟实验及其可靠性研究

摘要

本文针对下保护层开采倾向保护范围划定问题，依据下保护层开采过程中覆岩破断理论和瓦斯流动规律，以兴隆煤矿1601工作面为研究背景，采用物理相似模拟实验的方法划定被保护层倾向保护范围，并用数值模拟和现场考察相结合的方法，验证相似模拟划定倾向保护范围的可靠性。
　　本文研究取得的主要研究成果有：
　　①采用理论分析法，分析得出下保护层开采过程中覆岩运动特征，指出近水平、倾斜和急倾斜覆岩运动规律的不同；并指出下保护层开采过程中近水平、倾斜和急倾斜覆岩采动裂隙对瓦斯运移的影响因素。
　　②通过下保护层开采物理相似模拟实验，明确了覆岩应力集中特征和应力分布形态；实验研究表明，被保护层在运输巷道和回风巷道留设煤柱形成了较大的应力集中，采空区正上方岩层由于下沉位移较大，整体应力分布呈近似开口“U”形。
　　③在下保护层开采物理相似模拟实验结果基础上，依据3‰的变形准则，划定了相似模型下保护层开采倾向有效卸压范围的上、下边界卸压角，分别为91°、67.4°。
　　④采用数值模拟方法，并依据煤层残余瓦斯压力≤0.74Mpa的准则，确定了倾向保护范围的上、下边界卸压角分别为92.7°、70.1°；基于3‰的变形准则，划定的倾向保护范围上、下边界卸压角分别为90.3°、68.5°。
　　⑤根据兴隆煤矿1601工作面现场考察结果，划定了下保护层开采倾向有效卸压范围的上边界卸压角为91.4°，下边界卸压角为67.6°；通过比较本次三种方法划定的倾向保护范围，三种方法划定的倾向保护范围差别较小，且本次物理相似模拟实验结果更接近现场考察结果，说明本研究采用物理相似模拟划定的保护范围基本是可靠的。

目录

1 绪 论

1.1 问题的提出

1.2 研究的目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容及技术路线

2 下保护层开采上覆岩层破断理论及瓦斯运移规律

2.1 概述

2.2 下保护层开采上覆岩层破断理论

2.3 下保护层开采采动影响下的瓦斯运移理论

2.4 本章小结

3 兴隆煤矿煤岩力学参数测定

3.1 实验的目的及其准备工作

3.2 试件单轴压缩实验

3.3 试件的巴西劈裂实验

3.4试件的压剪实验

3.5 本章小结

4 下保护层开采倾向保护范围划定相似模拟实验

4.1 相似模拟基本理论及相似条件

4.2 物理相似模拟实验设计

4.3下保护层开采相似模拟上覆（煤）岩层相关参数变化规律

4.4下保护层开采相似模拟实验倾向保护范围划定

4.5本章小结

5 下保护层开采倾向保护范围划定的数值模拟及结果验证

5.1概述

5.2下保护层开采的数值模型的建立

5.3数值模拟及结果分析

5.4不同方法划定的倾向保护范围对比分析

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目