俯仰斜开采工作面煤壁失稳破坏机理及控制

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工作面煤壁失稳破坏机理与控制一直是矿山压力与岩层控制研究的热点与难点之一。已有研究表明,影响俯斜、仰斜工作面煤壁失稳破坏形式的因素较多,目前的研究多集中在宏观规律的观测与总结,而进行微细观研究以探究其失稳机理的研究较少。因此,进一步开展俯仰采工作面煤壁失稳破坏机理及控制研究具有重要现实与理论意义。本文利用数值计算方法从煤壁失稳的宏观和微观角度出发,研究了俯仰采工作面煤壁失稳破坏机理及控制以期为工作面煤壁稳定性的控制提供有益帮助。论文基于实验室受压煤体的塑性软化特征对俯仰斜开采工作面煤壁失稳破坏机理进行了理论分析,利用弹塑性力学推导出了俯仰斜开采工作面前方煤体塑性区宽度的计算公式,并分析了影响俯仰采工作面煤壁塑性区宽度的主要因素。采用数值计算方法对比分析了水平开采、俯斜开采、仰斜开采工作面煤壁上方支承压力分布的差异;从煤壁宏观和微观破坏角度总结了不同开采角度下工作面煤壁主要破坏形式与破坏位置,阐明了俯斜、仰斜开采后方顶板破断特征对工作面煤壁稳定性的影响,系统分析了埋深、采高、工作面推进速度、煤体强度、支架支护阻力、俯仰角对工作面煤壁稳定性的影响。以单节理岩块为基础,从岩块的变形破坏、裂隙发育、强度损伤等角度,采用数值模拟方法研究了节理的尺寸、位置、角度对岩块的影响;数值分析了俯仰斜开采时含单节理及考虑节理与煤层层理交叉时工作面煤壁失稳破坏机理,初步阐明了节理对俯仰斜开采工作面煤壁稳定性的影响,揭示了节理与煤层层理交叉时,俯仰斜开采工作面煤壁的不同破坏特征。针对论文研究结果提出了俯仰斜开采工作面煤壁控制技术思路。通过现场观测卧龙湖矿工作面煤壁片帮特征,实测工作面超前支承压力、监测工作面支架初撑力等,总结了卧龙湖矿工作面煤壁片帮的主要原因,并结合论文研究结果,提出了卧龙湖矿工作面煤壁稳定性控制措施。
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