多煤层开采高应力演化与能量场分布规律研究

作     者：刘千贺 

作者单位：安徽理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨科

授予年度：2016年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：多煤层开采 数值模拟 相似模拟 高应力演化 能量场分布 

摘      要：近年来,随着煤炭开采强度的加大,煤层赋存条件优越的矿体越来越少,煤层群开采受到越来越多的关注。煤层群煤层多次采动后,受其影响下应力承载结构减弱、采动高应力形成、采动应力相互演化叠加,进而出现巷道支护困难、顶底板不易控制、冲击地压、瓦斯抽采困难等多种问题。根据淮南矿区潘二矿西四采区A、B组煤(B8、B7、B6、B5、B4、A3、A1煤)煤层赋存条件以及开采技术特征,综合采用矿井现场试验研究、数值模拟试验、实验室相似材料模拟试验和理论计算分析等方法,对煤层群大范围采场围岩多煤层采动下高应力演化和能量场分布规律进行了研究。研究在大量现场试验的基础上,对采场开采技术特征、煤岩物理力学参数进行试验、分析、汇总,进而设计了A、B组煤多煤层多次采动FLAC3D数值模拟模型、实验室相似材料模拟试验模型。研究分析了多煤层一次采动下围岩应力场、塑性区演化分布特征以及能量场分布规律,以及多煤层多次采动下围岩应力场、塑性区演化分布特征以及能量场分布规律。基于煤层群多煤层开采条件下高应力演化效应和能量场分布规律,构建了多煤层卸压开采应力演化模型以及能量场演化模型。多煤层卸压开采条件下,围岩应力在多次开采情况下应力的“叠加效应以及在纵向距离上随着距开采煤层距离不同而产生“均化效应。在煤层采出时,能量场具有和围岩应力场较为相似的分布特征,在开采煤层煤壁前方呈现出能量耗散释放分区、能量激活敏感区以及能量储存稳定区分区特征。研究结果对相近工程地质条件下矿井安全、高效开采以及煤与瓦斯共采提供了重要的指导意义和参考价值,具有显著的社会效应和经济效益。