基于蠕变试验的深井采区上山煤柱长期稳定性研究

摘要

采区上山护巷煤柱一般服务时间较长，在较高地应力作用下表现出明显的蠕变特征，成为影响其长期稳定性的重要因素。本文以孔庄煤矿Ⅳ1采区上山煤柱的长期稳定性为研究背景，采用理论分析、现场实测、室内试验及数值模拟计算相结合的方法，对深井采区上山护巷煤柱长期稳定性进行了研究。
　　Ⅳ1采区7433首采工作面的矿压监测结果分析表明，工作面支承压力的明显影响范围为71.74m、剧烈影响范围为30.56m，为采区上山煤柱稳定性评价提供了实测依据。采用岛津AX-G250试验机对工作面煤样进行了基本力学性质试验和蠕变试验，结果表明，煤岩蠕变特征明显，存在蠕变门槛值，其长期强度为单轴抗压强度的49％左右;应用改进的Burges模型可以较好地描述煤岩的蠕变特征，并回归得到了煤岩蠕变参数，为上山煤柱长期稳定性数值模拟分析提供了可靠依据。
　　采用FLAC3D软件对7433工作面进行了开挖模拟，分别对不考虑和考虑煤岩蠕变特性状态下的煤柱应力及应变情况进行了分析:工作面超前支承压力影响范围为75m，与理论计算及实测值基本吻合;随着煤柱宽度的减小，煤柱趋于稳定的时间越来越长，垂直位移量也逐渐增大，保持其长期稳定状态下的煤柱宽度不应小于85m。煤柱长期稳定性模拟表明，时间效应对其稳定性产生明显影响;采区设计确定的100m宽度保护煤柱偏保守，可以适当减小护巷煤柱宽度。
　　在7432工作面所对应的行人上山中布置煤柱长期稳定性监测点，并对9个月内的监测结果进行了分析，表明采区上山受工作面超前支承压力影响很小，在监测期内上山保护煤柱一直处于稳定状态。
　　服务时间较长的深井采区上山护巷煤柱，在高地应力作用下表现出明显的蠕变特征，进行护巷煤柱宽度设计时应考虑其长期稳定性问题。课题研究对类似条件下的深井采区上山护巷煤柱留设及其长期稳定性分析具有一定指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容及研究方法

2 采区上山护巷煤柱宽度计算分析

2．1 矿井概况

2．2 采区上山护巷煤柱计算及分析

2．3 本章小结

3 综放工作面支承压力分布及实测

3．1 综放工作面支承压力分布特点

3．2 支承压力分布实测

3．3 本章小结

4 煤岩蠕变特性试验研究

4．1 煤岩的蠕变试验及分析

4．2 煤岩蠕变本构模型研究

4．3 本章小结

5 深井采区上山护巷煤柱长期稳定性研究

5．1 模型建立及方案的设计

5．2 不考虑时间效应的上山护巷煤柱分析

5．3 煤柱长期稳定性分析

5．4 煤柱长期稳定性的现场监测及分析

5．5 本章小结

6 主要结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 展望

致谢

攻读硕士学位期间主要成果

参考文献