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大采深大体积瓮形煤仓的支护分析及研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 特殊型煤仓的发展及现状

1.4 本论文的研究内容及技术路线

本章小结

第2章 瓮形煤仓的理论分析

2.1 瓮形煤仓的力学分析

2.1.1 壳理论模型

2.1.2 旋转壳的边缘应力分析

2.2 与常用煤仓受力比较

2.2.1 梁结构的比较

2.2.2 板壳结构的受力比较

本章小结

第3章 瓮形煤仓相似材料模拟试验研究

3.1 研究的目的及内容

3.2 相似材料的模拟的原理

3.3 实验装置

3.3.1 CL120×120×120试验台的介绍

3.3.2 位移测试装置

3.3.3 视频装置

3.3.4 应力测试装置

3.3.5 煤仓支护选择

3.3.6 加载系统

3.4 压力计、位移计及视频装置的布置

3.4.1 压力计的布置

3.4.2 位移计及视频装置的布置

3.5 试验参数的确定

3.5.1 模拟条件

3.5.2 相似材料相似比的确定

3.5.4 相似材料的选择

3.5.5 相似材料配比的确定

3.6 实验步骤

3.6.1 煤仓模型的制作

3.6.2 CL120X 120X 120实验台的铺设

3.6.3 试验数据的采集

3.6.4 应力测试数据分析

3.6.5 围岩表面位移的分析

3.6.6 围岩破坏特征

3.7 结论

本章小结

第4章 瓮形煤仓围岩变形与应力场变化数值模拟分析

4.1 FLAC3D的简介

4.2 数值模拟模型的建立

4.2.1 模拟过程简介

4.2.2 围岩参数

4.2.3 建立煤仓模型

4.3 煤仓模拟结果分析

4.3.1 煤仓位移分析

4.3.2 煤仓应力分析

4.3.3 煤仓围岩破坏的数值分析

4.4 不同测压系数的数值模拟

4.5 与普通煤仓的数值分析对比

4.5.1 侧压系数λ=0.5时煤仓的比较

4.5.2 侧压系数λ=1.5时煤仓的比较

4.6 结论

本章小结

第5章 瓮形煤仓现场工业性试验

5.1 工程概况

5.2 瓮形煤仓的施工顺序和方法

5.2.1 施工顺序

5.2.2 施工方法

5.3 施工步骤及支护

5.4 爆破试验设计

5.4.1 爆破设计依据及要求

5.4.2 炮眼布置图

5.4.3 爆破参数

5.5 供电系统

5.6 通风

5.6.1 通风路线

5.6.2 风量及风机的确定

5.7 安全措施

5.7.1 避灾路线

5.7.2 具体安全措施

5.7.3 防坠落

5.8 瓮形煤仓矿压监测

5.8.1 位移监测目的、内容及方法

5.8.2 煤仓表面位移的监测

5.9 经济效益和社会效益分析

5.9.1 经济效益分析

5.9.2 社会效益分析

本章小结

结论

本文存在的不足

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士期间发表的论文和科研成果

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摘要

本文结合申家庄矿3#煤仓的地质条件,对瓮形煤仓的稳定性做了系统的研究。文章以现场的实际调研资料为依据,采用理论分析的方法,论证了申家庄矿3#煤仓在高应力条件下的支护的合理性,同时采用相似模拟、计算机数值模拟、现场工业性试验等方法对瓮形煤仓的破坏及应力分布规律进行了模拟与分析,最终确定瓮形煤仓在高应力条件下较稳定。
   理论分析可知,通过壳理论对瓮形煤仓的受力规律进行分析,并通过与普通煤仓在梁结构与壳结构对比确定在高的侧应力条件下瓮形煤仓的稳定性优于普通圆柱形煤仓。
   在实验室制作几何相似比1∶40的相似材料模型,模拟瓮形煤仓在原岩应力条件下煤仓的位移、应力分布规律,并对瓮形煤仓进行破坏规律的研究,通过位移传感器和压力计的监测可知煤仓的在原岩应力下,径向位移为2.1cm,轴向位移为1.3cm,当煤仓破坏时,最先破坏处为煤仓的肩部。
   计算机数值模拟瓮形煤仓围岩应力和位移进行了模拟,经研究显示,煤仓垂直位移最大达到1.5cm,煤仓水平位移最大处在煤仓的最大径位置,数值达到了2.5cm,同时通过在不同水平应力条件下瓮形煤仓与普通圆柱形煤仓的塑性区的对比可知,当侧压系数λ=1.5时,即高的水平应力下,由于瓮形煤仓只是局部破坏,破坏深度只有0.5~1.5m,而普通圆柱形煤仓为整体破坏,切破坏深度达到2.0m,因此在高的水平应力条件下,稳定性仍优于普通圆柱形煤仓。说明瓮形煤仓在高的水平应力条件下稳定性较普通圆柱形煤仓更好。
   结合现场工业性试验,通过对各矿压指标的现场观测,分析确定在煤仓的整体稳定性高,水平位移位于煤仓的最大径处,数值为2.5cm,煤仓的垂直位移为1.5cm,由于受到下部逆断层的影响,所以导致了在煤仓中下部出现位移为正的现象,煤仓的井壁无破碎片帮现象,通过现场观测可得瓮形煤仓对高应力条件下有较好的稳定性
   经研究确定,瓮形煤仓在申家庄矿成功运用不仅取得了良好的经济效益,更取得了较好的社会效益。一是瓮形煤仓的掘进及支护技术在申家庄煤矿的成功实现,无疑对今后煤仓的掘进及支护提供了宝贵的经验,为申家庄煤矿今后瓮形煤仓的掘进及支护奠定了基础,3#煤仓的实践成功对其具有较强的指导意义。二是在主井的提升率低的情况下,保证了采区的出煤量,提高了矿井的原煤产量。三是有效地避开了断层的影响,比圆柱形煤仓更能适应复杂的地质条件,而且稳定性更好。

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