近距离厚煤层采场底板岩体应力分布及采动裂隙演化规律研究

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本文根据淮南潘谢矿区某矿具体地质条件,针对近距离厚煤层在采动支承压力和承压水水压共同作用下的底板岩体,运用理论分析、数值模拟和相似模拟相结合的综合研究方法,分析了采场底板岩体应力分布及采动裂隙演化规律。理论分析方面,运用弹性力学中半无限平面体理论,根据初采和正常回采期间工作面支承压力分布特征,建立两种状态下的力学模型,得出了支承压力和承压水水压共同作用下采场底板岩体应力分布规律,利用相应公式求出了最大、最小主应力,并应用摩尔-库伦准则判断出了底板裂隙的发育深度和范围,分析了底板岩体裂隙发育深度的主要影响因素,给出了这些因素与其的定量关系。数值模拟方面,运用FLAC3D数值模拟软件建立了三维数值计算流固耦合模型,得到了近距离厚煤层工作面推进过程中,一次采全高和分层开采两种回采方式下,采场底板不同深度应力和位移变化规律,分析了两种开采方式应力分布异同。相似模拟方面,设计了承压水体上煤层开采底板裂隙演化规律研究的相似模拟试验系统,测定了底板岩体的应力和位移的分布特征,得到了一次采全高和分层开采两种开采方式下底板岩体裂隙产生、发育的规律。研究成果可为现场提供理论参考,对淮南潘谢矿区受承压水威胁的A组煤安全回采提供一定的参考价值。图[58]表[4]参[71]
摘要第5-6页
Abstract第6-7页
1 绪论第12-22页
    1.1 研究的背景和意义第12-13页
    1.2 国内研究现状第13-20页
        1.2.1 底板突水方面研究第13-18页
        1.2.2 支承压力在底板岩体中传播规律研究第18-20页
    1.3 国外研究现状第20页
    1.4 存在的主要问题第20页
    1.5 本文的研究内容及技术路线第20-22页
        1.5.1 主要的研究内容第21页
        1.5.2 研究技术路线第21-22页
2 采场底板岩体应力理论计算第22-32页
    2.1 工作面支承压力分布第22-23页
    2.2 力学模型的建立第23-26页
        2.2.1 初采期间底板应力计算模型第24-25页
        2.2.2 正常回采期间底板应力计算模型第25-26页
    2.3 底板岩体内应力计算第26-31页
        2.3.1 初采期间底板岩体内应力计算第26-29页
        2.3.2 正常回采期间底板岩体应力计算第29-31页
    2.4 本章小结第31-32页
3 近距离厚煤层采场底板岩体应力分布的数值模拟分析第32-56页
    3.1 FLAC~(3D)流固耦合计算原理第32-33页
    3.2 模拟地质条件第33-34页
    3.3 数值计算模型第34-37页
        3.3.1 模型建立的基本原则第34-35页
        3.3.2 计算模型的建立第35-37页
    3.4 数值模拟计算结果分析第37-55页
        3.4.1 一次采全高模拟计算结果分析第37-46页
        3.4.2 分层开采模拟计算结果分析第46-52页
        3.4.3 两种开采方式对比分析第52-55页
    3.5 本章小结第55-56页
4 采场底板裂隙发育的相似模拟研究第56-78页
    4.1 相似模拟方案设计及模型制作第56-62页
        4.1.1 相似模拟系数第56-57页
        4.1.2 相似模拟方案设计第57页
        4.1.3 模型加载和测试系统第57-60页
        4.1.4 模型制作第60-62页
    4.2 一次采全高相似模拟试验结果分析第62-67页
        4.2.1 底板岩体裂隙发育动态过程第62-65页
        4.2.2 底板岩体的应力分布特征第65页
        4.2.3 底板岩体的变形分布特征第65-67页
    4.3 分层开采试验结果分析第67-74页
        4.3.1 开采上分层底板岩体裂隙动态分布第67-69页
        4.3.2 开采上分层底板岩体应力、位移分布特征第69-71页
        4.3.3 开采下分层底板裂隙分布特征第71-72页
        4.3.4 开采下分层底板岩体应力、位移分布特征第72-74页
    4.4 底板岩体裂隙发育规律第74-76页
    4.5 本章小结第76-78页
5 采场底板岩体应力分布与裂隙发育规律研究第78-92页
    5.1 底板岩体应力分布计算分析第78-84页
        5.1.1 初采期间底板应力分布计算分析第78-80页
        5.1.2 正常回采期间底板应力分布计算分析第80-83页
        5.1.3 正常回采期间底板主应力分布计算分析第83-84页
    5.2 底板岩体裂隙发育深度计算分析第84-86页
    5.3 影响底板岩体裂隙发育深度因素第86-90页
    5.4 本章小结第90-92页
6 主要结论与存在不足第92-94页
    6.1 主要结论第92-93页
    6.2 存在不足第93-94页
参考文献第94-98页
致谢第98-100页
作者简介及读研期间主要科研成果第100页
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