旧采区围岩破坏及应力分布规律数值模拟研究

作     者：杨瑶 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：段东

授予年度：2015年

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

主      题：旧采区二次回采 三维数值模拟 遗留煤柱状态 旧采巷道状态 安全煤柱宽度 初次来压步距 

摘      要：本论文以晋煤集团天安圣华煤业有限公司3#煤层旧采区二次回采首采工作面的实际地质资料为基础，通过理论公式计算、RFPA数值模拟相结合的方式，研究了：旧采区不同情况下遗留煤柱状态，及旧采巷道状态，并对两者的影响因素进行了分析;旧采区二次回采掘进时与旧采巷道的安全煤柱宽度以及应力、位移分布规律;旧采区二次回采采煤工作面初次来压分布规律。通过对上述内容的研究，得出了以下结论： （1）利用理论分析和三维数值模拟方法研究了煤柱状态，得出了：①旧采区的遗留煤柱大部分处于稳定状态;旧采巷道大部分以空巷、空区为主。②巷宽、巷高、煤柱1、2宽度对遗留煤柱及旧采巷道的状态均有一定的影响，遗留煤柱状态主要受煤柱本身宽度的影响，接下来是附近巷道巷高、巷宽的影响;旧采巷道状态主要受本巷巷高及巷宽的影响。 （2）通过二维数值模拟的方法，研究了旧采区巷道掘进工作面的应力、位移分布变化规律。得出了：①随着旧采巷道断面的增大，安全煤柱宽度增大，空巷时煤柱的安全宽度为5m,空区时煤柱的安全宽度为15m，冒落区时的煤柱安全距离为20m;②二次掘进时，工作面应力基本上都比开挖前要降低、位移比开挖前要大，旧采巷道断面越大，应力、位移变化率越大。③在煤柱宽度小于与大于安全煤柱宽度时，应力、位移分布规律差别十分明显。小于安全煤柱宽度时，应力降低区域很大，位移只存在一个较大的峰值;大于安全煤柱宽度时，应力降低区域较小，一般存在两个位移峰值。④当煤柱宽度超过安全煤柱宽度后，应力、位移变化率变化不大 （3）通过理论分析与二维数值模拟方法研究了直接顶和顶煤初次来压分布规律，得出了：①按照理论计算得出的正常回采初次来压步距为8.13～11.50m，采用数值模拟方法得出的初次来压步距为11m。②从应力分布图中可以看出，来压时的应力分布规律与未来压时的规律明显不同，来压时最大应力值明显比未来压时的最大值大，且最小值明显比未来压时最小值小。③随着旧采巷道断面的增加，二次回采受到旧采巷道的影响也越大，主要表现在，初次来压步距越来越小;最大应力越来越大，应力集中系数也越来越大;工作面首次出现破裂的步距也越来越小;工作面前方的空顶距离越来越大，回采难度也相应的增大;应力降低范围也越来也大。④当旧采巷道断面一定时，随着距离的增大，旧采巷道对工作面的影响趋于稳定，即旧采巷道对工作面的影响存在一临界值，超过该值，继续增大距离，二次回采初次来压分布规律基本不变。