斜井管片结构下方保护煤柱尺寸设计的离散元分析

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文斜井管片结构下方保护煤柱尺寸设计的离散元分析作者姓名杨旭学科专业桥梁与隧道工程指导教师项彦勇教授培养院系土木建筑工程学院二零一五年三月如交乂孳硕士学位论文斜井管片结构下方保护煤柱尺寸设计的离散元分析作者：杨旭导师：项彦勇北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务并釆用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密

2、的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：地签字曰期：知年月曰签字曰期：）丨【年⋯月上曰学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文斜井管片结构下方保护煤柱尺寸设计的离散元分析作者姓名：杨旭学号：导师姓名：项彦勇职称教授学位类别：：工科学位级别硕士学科专业：桥梁与隧道工程研究方向：隧道工程北京交通大学年月北京交通大学硕士学位论文致谢本论文的工作是在我的导师项彦勇教授的悉心指导下完成的，项彦勇教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来项老师对我的关心和指导。项彦勇教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在

3、学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向项老师表示衷心的谢意。项彦勇教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，张宇宁、吴彪、汪大海等同学对我论文中的数值模拟研宄工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的父亲与母亲，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。摘要摘要目前，我国乃至世界上的大多数国家主要釆用留设煤柱的方法来保护煤矿中的各类巷道。然而，此方法虽然可以对巷道起到良好的保护作用，但是同时保护煤柱的回收却较为困难，浪费了大量的资源。因此，研宄护巷煤柱留设

4、的宽度，使其既有利于受护巷道的稳定性与安全性，也能尽可能地提高矿区资源的回釆率，具有普遍的经济效益与社会意义。新街矿区斜井井筒釆用工法进行施工。本文以新街矿区的煤层开釆设计问题为背景，分析煤层幵采过程中斜井管片结构的内力与位移的变化特征，确定保护煤柱的合理尺寸。经验公式法只笼统地涉及煤层的几何参数与力学性质，而数值模拟则可同时考虑煤层、岩层、斜井结构的几何特征与力学特征。本文釆用离散元数值模拟的方法，主要研宄内容与成果如下：釆用软件，选取斜井不同位置的断面，在煤层中预先假设多个煤柱宽度值，模拟从远及近的分步开采过程。针对不同保护煤柱宽度，分析斜井

5、结构的受力与变位，在煤柱宽度能使斜井结构满足安全性与稳定性要求的前提下，取其最小值作为斜井保护煤柱的建议宽度取值。在此过程中，发现回釆工作面与斜井的水平距离越小，斜井结构受力状态越不利，变位也越大；斜井与开釆煤层的竖向距离越大，斜井结构受力状态越有利，变位反而越大。同时，软件直接模拟得出煤层开釆时，节理产生滑移的区域，获得岩层破裂角为°。在二维模拟的基础上，结合斜井倾角°，综合几何关系可得煤层工作面与斜井轴线在水平面上的夹角为°，以该角度留设煤柱，釆用与二维模拟分析类似的方法，对斜井落底处的一个回采工作面范围进行三维模拟（。模拟结果表明：开釆方向

6、取工作面与斜井轴向平行时（有°的夹角）对斜井结构的安全与稳定较为有利；先后开采的上、下煤层中的煤柱宽度取值之间影响很大，如上层取，则下层中最少需留若煤中取，则煤中仅需。以三维固体模型为基础，采用完全流固耦合的方法，模拟流体在裂隙中流动时的煤层开采，将流固耦合模拟结果与三维固体力学结果进行对比分析，可以得出由于流体的存在，使得斜井结构受力较无流体时不利，位移反而变小，但同时位移不均匀程度加大，最终取代斜井结构的受力成为煤柱宽度取值的控制条件。关键词：斜井；保护煤柱；离散元模拟；、；流固耦合分类号：ABSTRACTABSTRACTABSTRACT:A

7、tpresent,coalpillarisaneffectivemethodtoprotecttheroadwayinminingengineerandwidelyusedathomeandabroad.However,itisdifficulttorecyclethecoalpillar,whichwillinducewasteofresources.Therefore,explorethewidthofcoalpillarhasauniversaleconomicandsocialsignificance,foritisnotonlycond

8、ucivetothestabilityandsafetyoftheroadway，，，，，北京交通大学硕士学位论文，，：：目录目录摘要研