煤矿采掘扰动的空间结构效应模拟研究

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巷道掘进和工作面开采都是进行煤矿开采活动必不可少的工序,随着社会对能源需求的日益增长,传统的采煤方式已经无法满足当代对能源需求的增长,因此,基于巷道群和工作面群协调开采的布置方式变得越发普遍,工作面和巷道之间形成了复杂的空间结构关系,其相互之间的扰动可能引发冲击地压,给深部煤矿的安全生产带来极大的威胁。目前大部分的研究主要集中在巷道群和煤层群之间的相互影响关系,巷道与工作面之间,以及相邻矿井工作面之间的扰动效应较少涉及。本文以河南义马矿区为背景,采用现场调研、室内试验和数值模拟相结合的手段,运用中科院武汉岩土所研发的工程岩体破裂过程细胞自动机分析软件(CASRock)对相邻巷道、工作面以及巷道与工作面采掘扰动的空间结构效应等开展研究,为深部煤矿安全开采提供理论支撑。主要工作和结论如下:1)开展了义马矿区不同矿井煤岩体单轴压缩(加卸载)试验、常规三轴试验和巴西劈裂试验,获得不同煤矿煤岩体的基本力学参数,试验结果为数值模拟参数取值提供了基础。2)利用CASRock软件模拟巷道群在不同的空间位置对扰动效应的影响。通过对比分析FLAC3D的模拟结果,验证了本章模拟扰动效应的可行性。针对巷道与工作相邻的方式进行了不同间距以及后采工作面的不同开采方向对相互扰动作用的影响规律研究。确定了巷道与工作面的临界影响间距以及工作面与巷道力学行为影响的距离阈值。3)通过建立双工作面开采计算模型,利用单因素分析方法,依次考虑了开采顺序、间距、开采程度、空间位置、交错距离、步距、采高、采空区大小以及顶底板的存在对相邻工作面扰动的影响,从工作面围岩的应力场及位移场分析不同空间结构对相邻工作面扰动的影响规律,并得出一些有意义的结论。4)以河南义马矿区含断层矿井为研究对象,分析断层的几何和材料性质对煤矿开采诱发冲击危险性的影响,以及断层的空间位置对工作面的力学行为的影响规律,断层倾角、弹性模量的增加会影响工作面超前支承压力,增加煤矿冲击危险性。
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