沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素研究.docx
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沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素研究
江苏省高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）
国家自然科学基金资助（51474207）
国家重点基础研究发展计划资助（2011CB201200）
中央高校基本科研业务费专项资金资助（2011QNA11）
应用型硕士学位论文
沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素
研究
StudyontheFactorsofRoadwayDrivingalongGoalMainRoof’sLateralFracturePosition
作者：
马鹏
导师：
许兴亮副教授
中国矿业大学
二○一五年五月
学位论文使用授权声明
本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理：
作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学位论文的部分使用权，即：
学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；
为教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。
另外，根据有关法规，同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。
（保密的学位论文在解密后适用本授权书）。
作者签名：
导师签名：
年月日年月日
中图分类号TD353学校代码10290
UDC622密级公开
中国矿业大学
应用型硕士学位论文
沿空掘巷基本顶侧向破断位置影响因素
研究
StudyontheFactorsofRoadwayDrivingalongGoalMainRoof’sLateralFracturePosition
作者马鹏导师许兴亮副教授
申请学位工程硕士培养单位矿业工程学院
学科专业矿业工程研究方向巷道围岩控制
答辩委员会主席谢耀社评阅人张沛顶、郑西贵
二○一五年五月
论文审阅认定书
研究生马鹏在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。
导师签字：
年月日
致谢
光阴如箭，岁月如梭，转眼间两年硕士研究生生涯就要结束。
在刚开始确定读研的那一刻还在想，两年很漫长，可是如今我们所面对的竟是分别，那种不舍不知不觉的涌上心头；伴随着这种忧伤之感我们又开始了另一种更加困难的生活，那就是工作。
掩卷而思，两年来在“巷道围岩控制研究”这个课题组，经历的点点滴滴，还没有走就时刻倍感怀念。
导师许兴亮老师在我研究生期间对我的教导以及熏陶，助我树立了正确的人生价值观，从许兴亮老师身上我学到了与人沟通的技巧以及做事的认真负责，在此，对许兴亮老师表示最真挚的感谢。
导师渊博的知识、与人为善的作风，给我留下了深刻的印象。
对我在生活上无微不至的关怀以及学习上孜孜不倦的指导，令我感激不尽。
论文从选题、思路以及具体写作，导师都花费大量心血指导我如何很好的完成，再三言谢。
感谢课题组负责人张农教授在这两年来的培养，张老师不仅在科研上取得骄傲的成绩，指导处多为优秀的老师，为我们课题组增添新的力量。
同时张老师的人生观价值观同样值得我们大家学习，每次张老师的讲话都能够给我们课题组的每一位同学带来深深动力，他对工作、生活执着的努力给了我激励，在以后的人生路上，不管风雨挫折，我都会加倍努力实现自己的梦想。
感谢中煤集团大屯能源有限公司姚桥煤矿李跃文采煤副总工程师、张沛顶总工程师在研究生期间给予的现场支持，从他们身上我学到了采矿人应有的严谨的工作态度以及正派的生活作风，让我对以后的路充满信心。
在论文的撰写中，得到田素川学长的帮忙指导，同时还要课题组其他学长如孙成才、花锦波、刘娜的帮助，以及赵光辉、程星龙的帮助。
，在此对他们致以最真挚的谢意。
父母之恩，无以为报，谨以此文献给我最亲的人，向他们呈交一份研究生学习的答卷，希望他们满意。
是他们生活上和精神上的支持，让我没有后顾之忧，可以专心的完成我的研究生学业。
随着年龄的增长也更加体会到了父母的不易，小的时候，我们开心是父母最大的事；长大后，父母开心是我们最大的事。
最后感谢各位专家、教授在百忙之中评审本论文，由于作者水平有限，且时间短暂，文中疏漏和不足在所难免，恳请您的批评指正。
摘要
我国煤炭的开采主要是以井工开采方法，这种地下作业给生产带来巨大的困难，其中巷道的掘进以及支护维护成为关键所在。
巷道的稳定性主要取决于巷道围岩的强度、巷道围岩所受应力以及我们所采取的支护技术。
沿空掘巷技术在我国煤矿开采过程中得到广泛应用，留小煤柱沿空掘巷巷道的围岩稳定也是如此，其中顶板的完整性以及上覆岩层中基本顶的断裂位置将会对巷道围岩的稳定性以及小煤柱的稳定性起到很大的影响。
同时基本顶侧向破断位置的影响因素很多主要有基本顶自身性质（强度、厚度等）、直接顶的性质、所受载荷、开采高度（煤层厚度）、开采深度、煤柱强度宽度等，因此要想在复杂的开采环境下对沿空掘巷基本顶的侧向破断位置进行较为准确的预测，就需要对其影响因素分析研究，从而研究其不同因素的影响规律具有重要的意义。
本文主要采用理论分析以及数值模拟的方法研究了开采深度、开采高度、煤柱宽度三个因素对基本顶侧向破断位置的影响规律，得出了一下结论：
（1）沿空掘巷基本顶侧向破断位置随开采高度的增加趋向于煤壁，并且当开采高度增加达到一定程度时逐渐趋于平稳状态；
（2）沿空掘巷基本顶侧向破断位置随开采深度的增加也是趋向于煤壁，变化的趋势同样逐渐减小；
（3）沿空掘巷基本顶侧向破断位置随煤柱宽度的增加向采空区靠近，远离实体煤帮。
沿空掘巷基本顶侧向破断位置主要可分为采空区上方破断、小煤柱上方破断、巷道上方破断以及实体煤上方破断四种情况，不同断裂位置对巷道稳定性的影响存在差异。
本文同时结合工程实例说明当基本顶侧向破断处于巷道上方时巷道围岩的稳定性遭到严重的破坏，煤帮以及底板都出现较大程度的变形。
该论文有图32幅，表4个，参考文献63篇。
关键词：
沿空掘巷；基本顶侧向破断；开采高度；开采深度；小煤柱宽度
Abstract
China'scoalisminedmainlyundergroundminingmethods,thisundergroundworktoproduceenormousdifficulties,tunnelexcavationandsupportingmaintenancebecomescritical.Roadwaystabilitydependslargelyonthestrengthoftheroadway,roadwayandthestressthatwehavetakensupporttechnology.RoadwaydrivingalonggoaftechnologyhasbeenwidelyusedinChinacoalminingprocess,theremainingsmallpillarsalonggoafstabilityofsurroundingrockRoadwayistrue,theintegrityoftheroofwherethefracturelocationandoverburdenwillbeontopofthebasicroadwaythestabilityofsurroundingrockstabilityandsmallcoalpillarhasplayedasignificantimpact.Atthesametimes,therearemanyfactorswhichinfluencemainroof’slateralfracturepositions,suchasnatureitselfofmainroof、natureoftheimmediateroof、sufferedload、miningheight、miningdepth、coalpillarwidthandsoon.Therefore,inorderinthecomplexenvironmentofminingalonggoaftoplateralbreakingbasicpositionismoreaccurateprediction,weanalyzedtheinfluencefactorsneededinordertostudytheinfluenceofdifferentfactorsofgreatimportance.
Inthispaper,wemainlyadopttheoreticalanalysisandnumericalsimulationtostudytheminingdepth,miningheight,coalpillarwidthofthreebasicfactorsaffectingtopsidebreakingthelawposition,reachconclusions:
（1）Roadwaydrivingalonggoalmainroof’slateralfracturepositiontendstowallwiththeincreaseofminingheight,andwhentheminingheightisincreasedtoacertainextent,thestategraduallystabilized;
（2）Roadwaydrivingalonggoalmainroof’slateralfracturepositiontendstowallwiththeincreaseofminingdepth,andwhentheminingdepthisincreasedtoacertainextent,thestategraduallystabilized;
（3）Roadwaydrivingalonggoalmainroof’slateralfracturepositiontendstogoalwiththeincreaseofcoalpillarwidth,awayfromtheentitycoalwall.
Therearemainfourpositionsofroadwaydrivingalonggoalmainroof’slateralfracture:
breakingabovethemined-outarea、breakingabovethecoalpillar、breakingaboveroadway、breakingaboveentitycoal,differencesintheeffectsofdifferentpositionsontheroadwaystabilityofthefracture.Inthispaper,combinedwithengineeringexamplesillustratethebasictopsidewhenbreakingabovetheroadwaystabilitywhileintheroadwaywasseverelydamaged,coalandfloorappeartohelpagreaterdegreeofdeformation.
Inthispaper,thereare32figures,4tables,63references
Keywords:
Roadwaydrivingalonggoal;MainRoof’sLateralFracture;Miningheight;Miningdepth;Coalpillarwidth
目录
摘要I
目录III
图清单VII
表清单IX
变量注释表X
1绪论1
1.1本课题的提出及研究意义1
1.2国内外研究现状与存在问题3
1.3主要研究内容、研究方法及技术路线9
2基本顶侧向破断位置及其影响因素分析12
2.1基本顶侧向破断位置的可能情况12
2.2基本顶侧向破断位置的影响因素分析14
2.3本章小结20
3基本顶侧向破断位置影响因素的理论分析21
3.1采场基本顶侧向破断关键快分析21
3.2基本顶侧向破断位置影响因素的理论分析22
3.3基本顶侧向破断位置的预测27
3.4开采深度、开采高度以及小煤柱宽度影响基本顶侧向破断的规律32
3.5本章小结38
4基本顶侧向破断位置影响因素的数值模拟研究分析39
4.1数值模拟软件的介绍39
4.2数值模型的建立39
4.3数值模拟结果分析41
4.4本章小结46
5基本顶不同破断位置对巷道围岩稳定性的影响及工程实例48
5.1基本顶不同断裂位置对巷道围岩稳定性的影响48
5.2工程实例49
5.3本章小结53
6结论55
参考文献57
作者简历61
学位论文原创性声明62
学位论文数据集63
Contents
AbstractII
ContentsV
ListofFiguresVII
ListofTablesIX
ListofVariablesX
1Introduction1
1.1IntroductionofTopicsandResearchSignificance1
1.2ResearchStatusandExistingProblems3
1.3ResearchContents、MethodsandTechnologyRoadmap9
2StudyofMainRoof’sLateralFracturePositionsandFactors12
2.1PossiblecasesofMainRoof’sLateralFracturePositions12
2.2StudythefactorsofMainRoof’sLateralFracturePositions14
2.3ChapterSummary20
3TheoreticalanalyzethefactorsofMainRoof’sLateralFracturePositions21
3.1StudytheKeyBlockofMainRoof21
3.2TheoreticalanalyzethefactorsofMainRoof’sLateralFracturePositions22
3.3PredictionsofMainRoof’sLateralFracturePositions27
3.4AffectofMainRoof’sLateralFracturePositionsbyMiningheight、Miningdepth、Coalpillarwidth32
3.5ChapterSummary38
4TheNumericalSimulationofFactorsofMainRoof’sLateralFracturePositions39
4.1OverviewoftheSimulationProgram39
4.2TheEstablishmentoftheNumericalSimulationModel39
4.3TheResultAnalysisofNumericalSimulation41
4.4ChapterSummary46
5AffectofsurroundingrockstabilitybydifferentpositionsofMainRoof’sLateralFractureandEngineeringTest48
5.1AffectofsurroundingrockstabilitybydifferentpositionsofMainRoof’sLateralFracture48
5.2EngineeringTest49
5.3ChapterSummary53
6Conclusions55
References57
AuthorResume61
DeclarationofThesisOriginality62
ThesisDateCollection63
图清单
图序号
图名称
页码
图1-1
论文研究的技术路线
11
Fig1-1
Technicalrouteofthepaper
11
图2-1
煤柱外侧断裂
12
Fig2-1
Breakingtooutsideofthecoalpillar
12
图2-2
小煤柱上方断裂
13
Fig2-2
Breakingoversmallcoalpillar
13
图2-3
巷道上方断裂
13
Fig2-3
Breakingabovetheroadway
13
图2-4
实体煤内侧断裂
14
Fig2-4
Breakinginmedialentitycoal
14
图3-1a
留小煤柱沿空掘巷上覆岩体大结构平面图
21
Fig3-1a
Theplanofsmallcoalpillarsalonggoafonlargestructuresoverlyingrockroadway
21
图3-1b
留小煤柱沿空掘巷上覆岩体大结构剖面图
22
Fig3-1b
Theprofileofsmallcoalpillarsalonggoafonlargestructuresoverlyingrockroadway
22
图3-2
基本顶在煤柱外侧断裂简单力学模型
23
Fig3-2
Basicroofbreakingontheoutsideofthecoalpillarsimplemechanicalmodel
23
图3-3
岩块A的受力分析
23
Fig3-3
ThestressanalysisofblockA
23
图3-4
关键块B的受力分析
24
Fig3-4
ThestressanalysisofkeyblockB
24
图3-5
基本顶在巷道上方断裂关键块B的受力分析
25
Fig3-5
ThestressanalysisofkeyblockBwhichbasicroofbreakingabovetheroadway
25
图3-6
基本顶在实体煤上方断裂的示意图
26
Fig3-6
Basicroofbreakingabovethecoalentitytheschematic
26
图3-7
关键块B的受力分析
26
Fig3-7
ThestressanalysisofkeyblockB
26
图3-8
留小煤柱沿空掘巷围岩力学简单模型
27
Fig3-8
Smallcoalpillarsalonggoafroadwaysurroundingrockmechanicssimplemodel
27
图3-9
基本顶悬臂梁受力分析简图
28
Fig3-9
Basicroofcantileverforceanalysisdiagram
28
图3-10
基本顶在煤柱或巷道上方断裂受力简图
29
Fig3-10
Basicroofbreakingabovethecoalpillarorroadwayforcediagram
29
图3-11
基本顶在实体煤上方破断受力简图
31
Fig3-11
Basicroofbreakingovertheentitycoalforcediagram
31
图3-12
断裂位置处于采空区时不同因素影响规律曲线图
33
Fig3-12
Differentfactorsaffectingthefracturelocationingoafregularitygraph
33
图3-13
断裂位置处于巷道上方不同因素影响规律曲线图
34
Fig3-13
Thegraphoffracturelocationintheroadwayabovethelawsofdifferentfactorsaffecting
34
图3-14
断裂位置处于小煤柱上方不同因素影响规律曲线图
35
Fig3-14
Thegraphoffracturelocationinthesmallcoalpillarsquarelawofdifferentfactorsaffecting
35
图3-15
断裂位置处于实体煤上方不同因素影响规律曲线图
36
Fig3-15
Thegraphoffracturelocationatthetopofthedifferentfactorsaffectingcoal-lawentity
36
图4-1
沿空掘巷基本顶侧向破断数值模型
40
Fig4-1
Alonggoaftopsidebreakingthebasicnumericalmodel
40
图4-2
基本顶侧向破断位置随开采高度变化的模拟图
41
Fig4-2
Therenderingofbasicpositionofbreakingwiththeminingheightchange
41
图4-3
基本顶侧向破断位置随开采高度变化的曲线图
42
Fig4-3
Thegraphofbasicpositionofbreakingwiththeminingheightchange
42
图4-4
基本顶侧
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