双斜大倾角综放面顶煤运移特征及围岩稳定性控制机理

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhoujans
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双斜大倾角综放面在煤层走向角度和倾向角度的共同作用下,其煤壁破坏、顶煤运移、支架受力和顶板控制等具有特殊性,论文综合运用理论分析、数值模拟和现场实测等研究方法,对双斜大倾角综放面顶煤与煤壁的破裂特征、顶煤运移规律、工作面支架失稳以及端部放煤区顶板控制等进行了系统分析和研究。论文主要研究成果如下:(1)分析了双斜大倾角综放面顶煤破裂特征,根据塑性区分布情况将顶煤分为散体冒落区、拉剪破坏区、压剪破坏区、松动区和未破坏区;研究了综放面煤壁破坏失稳机理,揭示出综放面煤壁前方采动破坏面由方向相反的共轭面组成,其中当顶煤较硬时,采动破坏面由一组共轭剪切面组成,随着煤层变软,共轭剪切面的交点下移且最终形成单一剪切面形态,建立了煤壁塑性破坏滑移线力学模型;根据滑移线理论,分析了双斜大倾角综放面煤壁的破坏失稳条件,并给出了相应的破坏失稳判据。(2)研究了不同煤层倾角对顶煤运移规律的影响,发现随着工作面倾角的增大,放出体对称轴的偏转角度和倾角的增加不同步,煤岩分界面也会随着倾角增大而变得不再对称,但不同倾角下综放面放出煤矸的椭球体初始形态呈“长轴恒近似铅直”形状。(3)根据大倾角综放面顶煤运移特征与放煤椭球体理论,推导了大倾角煤层放煤过程中的放出椭球体、松动椭球体以及煤矸分界面(两体一面)的运动方程,在此基础上,提出了综放面顶煤运移轨迹确定方法,确定并绘制出放煤过程中的“两体一面”动态曲线。(4)基于大倾角综放面顶煤冒放运动对支架受力分布的影响,考虑走向角度对支架倾向稳定性的影响,以及倾向角度对支架走向稳定性的影响,建立了大倾角综放面支架-围岩力学模型;推导出不同时期支架的临界工作阻力和临界倾倒(滑移)角的计算公式,并针对不同的失稳方式给出了相应的支架等设备稳定性控制技术。(5)分析阐述了大倾角综放面端部放煤条件下弧形铰接板结构模型,以及端部放煤区顶板稳定性控制机理;研究了大倾角综放面端部支架-围岩关系,确定了大倾角综放面端部放煤支架的设计关键和主要技术参数;提出了两节式的“高放低耙主副架型”端内支架和三节式的“高放低耙对称架型”端头支架,并分析了其主要特征、具体支护方式和稳定性控制关键技术。论文有图143幅,表15个,参考文献203篇。
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