巨厚砾岩采场支承压力分布规律实验研究

摘要

具有坚硬巨厚顶板、大埋深、厚煤层的采场，其覆岩结构及运动是矿井动载矿压事故的重要影响因素。巨厚砾岩层作为一种特殊的含煤地层结构，由于其结构和力学等特殊性质，使得随着工作面煤层开挖，巨厚砾岩的破断前后支承压力分规律与一般开采环境存在一定的差异性。支承压力往往是采场围岩灾害的主要动力来源，研究巨厚砾岩下采场支承压力分布规律具有重要意义。
　　本文以千秋煤矿巨厚砾岩层地质条件为基础，通过建立适合的支承压力力学模型并对巨厚砾岩层下采场周围支承压力分布规律进行数值计算，同时对光纤在外载荷作用下频移分布规律进行了探究试验，为分布式光纤应用于模型试验煤层底板支承压力测试奠定基础，其次搭建三维模型试验平台，研究采场周围煤岩体支承压力分布规律，并首次提出了分布式传感光纤支承压力测试系统。
　　研究表明，根据关键层理论和关键层破断前后载荷转移特点建立的理论模型，得出倾向支承压力峰值约38 MPa，峰值到煤壁距离约95 m，影响范围约200 m，走向支承压力峰值约51 MPa，峰值到煤壁距离约100 m，影响范围约210 m；通过FLAC3D数值模拟，得出巨厚砾岩层下采场周围走向和倾向支承压力分布规律及塑性区分布特征；对传感光纤进行了标定试验，结果表明外载荷和光纤布里渊频移呈较好的线性关系，拟合系数达到0.952，并首次提出了模型试验传感光纤支承压力测试系统；三维物理相似模型实验中，巨厚砾岩层初次破断和周期破断都伴随着工作面强烈的压力显现，其中下组巨厚砾岩破坏初次破坏距离384m，下组砾岩周期破断距离约为117.3 m，上组砾岩层初次破断距离约为576 m，上组砾岩层周期破断距离约为208 m，下组砾岩层破断是采场周围动力灾害的主要动力来源；分布式光纤支承压力测试系统能够用于模型试验中表征支承压力的变化规律，与压力传感器相比有良好的对应关系，且光纤测试具有高精度、抗干扰能力强等电式传感器不具备的优点，为模型实验支承压力测试提供新思路。

目录

1 绪 论

1.1 选题背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 存在问题

1.5 研究内容、方法及研究技术路线

2巨厚砾岩层下工作面支承压力理论模型解算

2.1工程地质条件

2.2千秋煤矿关键层位置确定

2.3压力拱理论及关键层破断前后载荷转移特点分析

2.4支承压力模型及数值解

2.5本章小结

3巨厚砾岩下支承压力规律数值计算

3.1模型建立

3.2力学参数的选取

3.3模型开挖及结果分析

3.4本章小结

4光纤标定试验

4.1带护套光纤结构

4.2光纤传感感原理性

4.3光纤受力分析

4.4光纤轴向应变传递原理

4.5标定试验平台搭建

4.6标定结果分析

4.7本章小结

5三维模型试验

5.1模型试验设计

5.2模型试验监测系统

5.3模型开挖及试验过程

5.4模型试验测试结果分析

5.5本章小结

6结论及展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录