煤层群采动下底抽巷围岩裂隙演化规律及其应用

摘要

煤层的开采将导致位于开采工作面下方的底板岩层也将产生一定范围的应力升高和降低。采动底板岩层应力的变化对煤层下伏岩层中的瓦斯巷道围岩的破裂范围及其相应抽采钻孔存在显著的影响，因此针对煤层采动的底板岩层及巷道围岩应力演化规律展开研究具有重要的现实意义。
　　针对沙曲矿南翼井田近距离煤层群开采条件，本文对煤层群采动下的底板应力及其下伏底抽巷围岩应力和破裂范围演化规律进行了理论、数值及实测研究。得到的主要的结论如下：
　　基于弹性力学理论，对工作面采动底板应力及巷道围岩破裂范围进行了理论分析，得到了采动底板应力分布的基本特征，并对巷道围岩破裂范围的主要影响因素进行了分析探究。结果表明，巷道围岩应力和围岩破裂存在紧密的联系，前者是后者的深层本质致因。
　　借助 FLAC3D数值模拟，对煤层群各工作面不开采同时期的采动底板水平应力和垂直应力及底抽巷围岩应力和塑性区演化规律进行了分析研究。揭示了水平应力和垂直应力应对开采扰动的不同响应特征，得到了底抽巷围岩断面塑性区范围及分布特征，结果表明：①多次采动后底抽巷最大塑性区范围为3.6m；②各煤层开采扰动强度依次为：3号煤层>5号煤层>4号煤层。
　　采用钻孔窥视法对煤层群扰动下的底抽巷围岩裂隙范围演化过程进行了实测研究。结果表明，底抽巷围岩破裂范围和各煤层开采扰动强弱程度结果与数值分析结论较为吻合，为数值分析结论的正确性提供实际验证支持。
　　将研究结果应用于底抽巷抽放钻孔封孔参数优化井下试验。瓦斯抽采浓度数据表明，该条件下5m封孔深度的抽采钻孔可以取得较好的瓦斯抽采效果。研究结果为底抽巷钻孔抽采参数优化提供了技术支持，使得在确保底抽巷高效抽采的前提下，减少了昂贵的封孔材料用量，使抽采工艺高效化和经济合理化，具有重要的现实意义。

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1 绪论

1.1 研究的背景

1.2 问题的提出

1.3 论文主要内容研究现状综述

1.4 研究内容、研究方法及技术路线

2 工作面采动底板应力分布规律及巷道破裂特征理论分析

2.1 工作面采动应力在底板岩层中的分布规律研究

2.2 圆形巷道围岩变形破裂力学机理

3 煤层群采动底板应力及巷道围岩塑性区数值分析

3.1 围岩物理力学参数研究

3.2 数值分析的目的及其计算方法

3.3 模型的建立

3.4 计算结果及分析

3.5 小结

4 底抽巷围岩应力演化规律现场验证与应用

4.1 煤层群采动下巷道围岩裂隙演化规律现场观测研究

4.2 底抽巷钻孔瓦斯抽采应用

5 结论、创新点及不足

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 主要的不足

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文和项目参与情况