浅埋煤层采场围岩力链演化规律研究

摘要

本论文采用数值模拟、理论分析等综合研究手段，对浅埋煤层采场围岩力链演化规律和支架与围岩力学关系进行了深入的研究，主要取得了以下研究成果:
　　分析了浅埋煤层上覆基岩层和散体载荷层的结构特征和活动特性，总结了浅埋煤层矿压显现规律，并指出了基岩层和散体载荷层的厚度、采高以及支架工作阻力是影响浅埋煤层矿压显现的主要因素。
　　基于颗粒流方法，采用PFC2D软件对采场围岩力链演化规律进行了模拟研究。开挖前，采场围岩内部力链网络呈现杂乱无章的分布状态。开挖后，力链发生了断裂和重组。在基岩层中，力链集结成束形成强力链拱;随着工作面的推进，在一定范围内，强力链拱的高度和跨度均不断增大，当强力链拱的拱顶发育至基岩层的最顶部时，由于散体载荷层中颗粒间几乎没有粘结力，故强力链拱的高度也无继续增加的可能;当开挖空间进一步增大后，强力链拱便会因承担的荷载超过其强度极限而出现断裂失稳，由于缺少强力链拱的承载，顶板岩层大面积垮落，散体层与基岩同步下沉，造成剧烈的矿压显现，这说明:由强力链束组成的强力链拱的断裂失稳是浅埋煤层易产生强动载现象的根本原因，这种强力链拱正是应力壳的细观表现形式。
　　基于力链演化规律建立了浅埋煤层支架与围岩力学模型，得到了应力壳的迹线方程以及应力壳失稳前、后的支架阻力，结果表明，应力壳失稳后，工作面支架阻力有着大幅的增加，因此，应力壳的失衡是浅埋煤层工作面易发生压架的根本原因;同时对应力壳的失稳形式进行了分析，并给出了几种失稳形式的发生条件。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采场矿压研究现状

1．2．2 浅埋煤层研究现状

1．2．3 颗粒流方法研究现状

1．3 存在的问题

1．4 研究内容与技术路线

2 浅埋煤层覆岩结构特征分析

2．1 概述

2．2 基岩结构特征及其性质分析

2．2．1 基岩结构特征

2．2．2 基岩分层层面力学性质分析

2．3 散体载荷层活动特性分析

2．3．1 散体的的抗剪强度

2．3．2 散体的变形特征

2．3．3 散体载荷层活动的动荷载效应

2．4 浅埋煤层矿压显现规律分析

2．5 本章小结

3 浅埋煤层采场围岩力链演化规律研究

3．1 颗粒流程序PFC2D简介

3．1．1 PFC2D基本特点

3．1．2 颗粒流基本理论

3．2 数值模拟模型的建立

3．1．1 模型建立的原则

3．1．2 模型尺寸和参数的选取

3．3 采场围岩力学特征模拟结果分析

3．3．1 采场围岩应力场演化分析

3．3．2 采场围岩位移场演化分析

3．3．3 采场围岩破坏场演化分析

3．4 本章小结

4 基于力链演化的支架与围岩力学关系分析

4．1 支架与围岩关系概述

4．1．1 支架与围岩相互作用的特点

4．1．2 支架与围岩系统刚度模型

4．2 支架与围岩力学关系分析

4．2．1 力学模型的建立

4．2．2 支架受力分析

4．2．3 支架受力求解

4．2．4 应力壳失稳形式分析

4．3 本章小结

5 结论及展望

5．1 主要结论

5．2 论文不足与展望

参考文献

致谢

作者简介