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浅埋煤层砂土层载荷传递机理研究

作　者: 刘文岗
导　师: 黄庆享
学　校: 西安科技大学
专　业: 采矿工程
关键词: 浅埋煤层厚砂土层动态载荷传递破坏机理相似模拟实验
分类号: TD327
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 273次
引　用: 7次
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内容摘要

随着西部大开发战略的实施，储量达数千亿吨的优质煤田—神东矿区已是我国重要的能源生产基地，也是具有广阔的国际市场。神东矿区的开采实践表明：剧烈的矿压显现和开采地表塌陷形成大量裂缝，造成地表水资源严重流失，加剧了地表荒漠化，这严重影响和制约现代化高产高效矿井的全面发展。浅埋煤层岩层控制理论的核心是顶板结构及其稳定性。在传统的矿压控制理论中，由于普通采场顶板由多个关键层组成，关键层结构的载荷按静载处理。若将神东矿区顶板结构的稳定性分析建立在“静态”关系基础上，这与其工程实践有较大出入。实践证明，浅埋煤层老顶关键层载荷存在传递效应，具有动态性。本文是基于对神东矿区大柳塔等矿调研了浅埋煤层丌采引起的地表沉降、变形情况以及观测了浅埋煤层长壁综采工作面矿压显现特征的基础上，确立了浅埋煤层砂土层动态载荷传递的实践特征；并以岩层控制关键层理论和浅埋煤层“短砌体梁”、“台阶岩梁”结构模型为理论指导，构建了测试浅埋煤层砂土层动态载荷传递模型；开发研制智能动态数据采集系统；进行了砂土层载荷传递相似模拟实验，揭示了浅埋煤层砂土层在初次来压、周期来压、充分采动期间的破坏特征；初步得出砂土层对“台阶岩梁”结构中关键块的动态载荷传递规律；并用数值分析方法模拟、验证物理相似模拟实验的现象和结果。本文的所得结论对分析浅埋煤层的强烈滑落失稳机理、进一步研究采场“支架—围岩”关系、建立浅埋煤层动态顶板结构理论具有重要的理论意义。

全文目录

1 绪论  7-20
  1.1 选题的背景  7
  1.2 论题的提出及意义  7-8
  1.3 本课题国内外的研究动态及发展趋势  8-12
    1.3.1 采场岩层控制理论及其发展  8-9
    1.3.2 国内研究现状  9-11
    1.3.3 国外研究状况  11-12
  1.4 松散岩体载荷传递问题研究进展  12-18
    1.4.1 普氏理论计算围岩压力  12-15
    1.4.2 浅埋洞室的围岩压力计算  15-16
    1.4.3 太沙基理论计算围岩压力  16-18
  1.5 研究的内容与方法  18-20
2 神东矿区浅埋煤层覆岩地质条件评价  20-27
  2.1 神东矿区地层覆岩(土)地质特征  20-21
    2.1.1 神东矿区工程地质概况  20-21
    2.1.2 神东矿区水文地质特征  21
  2.2 神东矿区地层覆岩物理力学性质分析与评价  21-22
    2.2.1 煤的物理力学性质  21-22
    2.2.2 煤层顶底板岩石的物理力学性质特点  22
  2.3 神东矿区工作面矿压显现规律与地表塌陷特征  22-27
    2.3.1 顶板矿压显现的特殊性  22-23
    2.3.2 地裂缝发育和地表移动分析  23-24
    2.3.3 地表塌陷特征  24-27
3 厚砂土层动态载荷传递相似模拟实验设计  27-36
  3.1 相似实验的主要目的及技术关键  27
  3.2 厚砂土层动态载荷传递相似模型的建立  27-32
    3.2.1 浅埋煤层顶板关键层结构特征  27-29
    3.2.2 测试结构块设计和工作面支架的制作  29-32
  3.3 相似模拟参数的确定  32-34
  3.4 相似材料配比的确定  34-35
  3.5 本章小结  35-36
4 相似模拟实验动态载荷测试智能系统开发  36-44
  4.1 引言  36
  4.2 浅埋煤层砂土层载荷传递的动态特征  36
  4.3 智能数据采集系统开发与应用  36-42
    4.3.1 智能数据采集系统开发的必要性  36-37
    4.3.2 智能数据采集系统功能与特点  37
    4.4.3 智能数据采集系统原理简介  37-40
    4.3.4 传感器的标定设计  40-42
  4.4 本章小结  42-44
5 厚砂土层破坏特征与动态载荷传递规律  44-61
  5.1 砂土层破坏规律与特征  44-46
  5.2 砂土层载荷传递分析  46-59
    5.2.1 砂土层动态载荷传递态分析  46-47
    5.2.2 砂土层作用关键块动态载荷传递的拟合曲线  47-56
    5.2.3 砂土层在关键块破裂、失稳过程中的动态载荷传递  56-58
    5.2.4 砂土层载荷传递的总体特征  58-59
  5.3 厚砂土层采场支架阻力特征分析  59
  5.4 本章小结  59-61
6 厚砂土层破坏机理数值分析  61-73
  6.1 有限单元数值分析法概述  61-64
    6.1.1 数值方法概述  61-62
    6.1.2 有限单元法的基本理论  62-64
  6.2 浅埋煤层厚砂土层载荷传递有限元数值分析  64-66
    6.2.1 数值模型判据  64-65
    6.2.2 数值模型的建立  65-66
  6.3 浅埋煤厚层砂土层载荷传递数值分析实例  66-73
    6.3.1 数值计算模型  66
    6.3.2 模型的单元划分与计算处理  66-67
    6.3.3 数值模拟计算  67-72
    6.3.4 数值模拟结果分析  72-73
7 结论  73-76
  7.1 结论  73-74
  7.2 思考与探讨  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-79

浅埋煤层砂土层载荷传递机理研究

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