采深对采场围岩应力壳力学特征影响规律研究.pdf

国簧蔽理工大学 、i I c ￡l 争7A N H u Iu N } v E R s l T Y o F s c l E ～c E ＆T E c H N o Io o v l j 分类号T D 3 2 5 单位代码1 0 3 6 士学位论 文． 论文题目采深对采场围岩应力壳力学特征影响规律研究 作者姓名 专业名称 导师姓名 完成时问 李少波 采矿工程 谢广祥教授 2 0 l7 年6 月4 E l 万方数据 中图分类号 旦三2 墨 学科分类号必Q 三51 Q 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 采深对采场围岩应力壳力学特征影响规律研究 作者姓名奎尘遮 专业名称丞芷王猩 研究方向贮出压左皇蚩屋撞剑 导师姓名边亡搓熬拯 导师单位篚源曼窒全堂随 答辩委员会主席奎俊塑熬握级壶王 论文答辩日期2 0 1 7 年5 月2 8 日 安徽理工大学研究生处 2 0 1 7 年6 月4 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM i n i n gE n g i n e e r i n g S t u d y o nt h eI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t hO nM e c h a n i c a l C h a r a c t e r i s t i c so ft h eS t o p eS u r r o u n d i n gR o c kS t r e s sS h e l l C a n d i d a t e L iS h a o b o S u p e r v i s o r X i eG u a n g x i a n g S c h o o lo fM i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g A n H u iU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，T a i f e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 0 1 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是苯人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外．论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究威果，也不包含 为获得安徽理工大堂．或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名奎窆壅日期出』月上日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、使用学位论文 的规定，即研宄生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于 安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和倩阅。本人授权安徽理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容鳊入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论丈。 保密的学位论 文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名痊7 l 厂疚签字日期御7 年月／日 导师签名 ．蚤签字目期州7 年6 月 ／日 万方数据 摘要 摘要 本文是在采场围岩应力壳理论的基础上，采用实验室相似模拟、计算机数值 模拟相结合的综合研究手段，以淮南矿业集团谢桥煤矿1 1 3 1 8 E 综采工作面为主 要工程背景，深入系统的研究了采深对采场围岩应力壳力学特征的影响规律。 研究发现，采场矿压显现受控于应力壳的存在和其演化所带来的影响。且随 着采深的增加，应力壳的高度先基本不变，采深1 0 0 0 m 左右处为拐点，1 0 0 0 m 以 上时应力壳的形态和力学特征受采深影响显著，壳高随着采深的增加而增加，走 向壳基距工作面煤壁距离增大，壳基影响范围也随之变宽，应力壳形态由扁平壳 向拱形壳转变。 分析了不同采深情况下采场推进过程中的位移变形和围岩破坏特点，得出工 作面变形和破坏主要发生工作面煤壁前方一定距离内，且随着开采深度的增大， 工作面上覆岩层垂直位移量明显增大，采场围岩破坏范围也随之增大，充分揭示 了深部采场工作面围岩变形具有近场效应，且采深越大，围岩变形近场效应越显 著。 研究结果表明深部矿井应力壳的形成机制仍然明显，深部矿井采场矿压显现 仍受控于应力壳的存在和其演化带来的影响。该研究成果进一步揭示了深部采场 矿压显现与采深的关系，该研究对深部矿井采场围岩控制、工作面及巷道支护以 及动力灾害防治具有指导意义。 图6 3 表1 3 参5 5 关键词应力壳；采深；矿压显现；力学特征 分类号T D 3 2 5 ； 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 ．I I ． 万方数据 摘要 A b s t r a c t I nt h i sp a p e r , b a s e do nt h et h e o r yo fs t r e s ss h e l l ，w h i c hi sc o m p o s e do f t h e ”h i g h s t r e s sb e a m ”i nt h es u r r o u n d i n gs t r a t ai ns t o p e ，ac o m p r e h e n s i v er e s e a r c hm e t h o do f l a b o r a t o r ys i m u l a t i o n ，c o m p u t e rn u m e r i c a ls i m u l a t i o ni su s e d ．T a k i n gaw i d er a n g eo f s u r r o u n d i n gr o c ka st h er e s e a r c ho b j e c t ，a n dt a k et h e11318 Ef u l l ym e c h a n i z e dm i n i n g f a c eo fX i e q i a oc o a lm i n ei nH u a i n a nM i n i n gG r o u pa st h em a i ne n g i n e e r i n g b a c k g r o u n d ，t h ei n f l u e n c eo fm i n i n gd e p t ho nt h em e c h a n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h e s u r r o u n d i n gr o c ks t r e s ss h e l li ss t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y ． T h es t u d yf o u n dt h a tm i n i n gp r e s s u r eb e h a v i o ri sc o n t r o l l e db yt h ei n f l u e n c eo f t h es t r e s ss h e l l ’Se x i s t e n c ea n di t se v o l u t i o n ．W i t ht h ei n c r e a s eo fm i n i n gd e p t h ，t h e h e i g h to ft h es t r e s s s h e l lu n c h a n g e df i r s t ，m i n i n g d e p t ha ta b o u t10 0 0 mf o rt h e i n f l e c t i o np o i n t ，t h em o r p h o l o g ya n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h es t r e s s s h e l la r e s i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yt h ed e p t ho f10 0 0 m ，t h es h e l lh e i g h ti n c r e a s e sw i t ht h e i n c r e a s eo fm i n i n gd e p t h ，t h ed i s t a n c ef r o mt h es h e l lt ot h ec o a lf a c eo ft h ew o r k i n g f a c ei n c r e a s e ，t h es h e l lb a s eb r o a d e n i n g ，s h a p eo ft h es h e l ls t r e s sc h a n g e sf r o mf l a ts h e l l t oa r c hs h e l l ． A n a l y s i so ft h es t o p ed a m a g ec h a r a c t e r i s t i c si nt h ep r o c e s so fd e f o r m a t i o na n d d i s p l a c e m e n to fs u r r o u n d i n gr o c ku n d e rd i f f e r e n tm i n i n gd e p t h ，I tc o n c l u d e dt h a tt h e w o r k i n gs u r f a c ed e f o r m a t i o na n dd a m a g em a i n l yO C C U R Ss o m ed i s t a n c ei nf r o n to ft h e c o a lw a l l ，a n dw i t ht h ei n c r e a s eo fm i n i n gd e p t h ，t h ev e r t i c a ld i s p l a c e m e n to ft h e o v e r l y i n g s t r a t ai n c r e a s e s o b v i o u s l y , t h es t o p es u r r o u n d i n gr o c kd a m a g er a n g e i n c r e a s e s ．T h en e a rf i e l de f f e c to ft h es u r r o u n d i n gr o c km o v e m e n ti sf u l l yr e v e a l e d ，a n d t h eg r e a t e rt h em i n i n gd e p t h ，t h em o r eo b v i o u st h ee f f e c to ft h e s u r r o u n d i n gr o c k d e f o r m a t i o n ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s mo ft h es t r e s ss h e l l i nd e e pm i n ei S s t i l lo b v i o u s ，a n dt h es t r a t ab e h a v i o ro ft h ed e e pm i n ei sc o n t r o l l e db yt h ee x i s t e n c eo f t h es t r e s ss h e l la n dt h ei n f l u e n c eo fi t se v o l u t i o n ．T h er e s u l t so ft h i s s t u d yf u r t h e r r e v e a lt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r a t ab e h a v i o ro ft h ed e e pm i n ea n dm i n i n gd e p t h ．T h e s t u d yi so fg u i d i n gs i g n i f i c a n c ef o rt h ec o n t r o lo fs u r r o u n d i n gr o c ki nd e e pm i n e ，t h e s e l e c t i o no fw o r k i n gf a c es u p p o r t ，t h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo fd y n a m i cd i s a s t e r s ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 F i g u r e6 3t a b l e13r e f e r e n c e5 5 K e y W o r d s S t r e s ss h e l l ，M i n i n gd e p t h ；s t r a t ab e h a v i o r ；M e c h a n i c sc h a r a c t e r i s t i c s C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 3 2 5 ．I V ． 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．．．．．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 1 绪{ 仑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 选题背景及研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．1 选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．2 研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2国内外研究现状及问题提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 采场矿山压力理论研究进程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 采场围岩应力壳力学特征的影响因素研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 1 ．2 ．3 采深对采场矿压影响研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．2 ．4 存在问题及课题提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3研究内容及思路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．3 ．1 研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3 ．2 研究思路和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2 采深对采场围岩应力壳力学特征影响规律研究参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 2 ．1工程地质概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 数值模拟计算设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．1 三维数值模拟内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．2 数值模型建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．2 ．3 岩层力学及物理参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．2 ．4 模型计算过程设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3相似模拟设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．1试验目的和内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．3 ．2 试验设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．3 ．3 相似模拟试验模型的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．3 ．4 测点布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 2 ．3 ．5 数据采集方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 ．V ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 3 采深对采场围岩应力场影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 采深对采场围岩应力场影响数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．1 ．1沿工作面走向围岩应力场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．1 ．2 沿工作面倾向围岩应力场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 3 ．2 采深对采场围岩应力场影响相似模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．3 采深对采场围岩应力场演化规律影响研究分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4 采深对采场围岩位移场影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．1采深对采场围岩位移场影响数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．1 ．1沿工作面走向围岩位移场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 4 ．1 ．2 沿工作面倾向围岩位移场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．2采深对采场围岩位移场影响相似模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 采深对采场围岩破坏场影响规律⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．1采深对采场围岩破坏场影响数值模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．1 ．1 沿工作面走向围岩破坏场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．1 ．2 沿工作面倾向围岩破坏场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2采深对采场围岩破坏场影响相似模拟结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 ．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 6 结论及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 6 ．2 论文不足及展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 7 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 9 万方数据 目录 C o n t e n t s C h i n e s eA b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I lI n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 B a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1S e l e c t e dT o p i cB a c k g r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 ．2r e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ．⋯⋯．．．．．．⋯．．⋯．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa n dp r o b l e m sa th o m ea n da b r o a d ．。．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯．．．．⋯．．．．．．2 1 ．2 ．1T h eS t o p eU n d e r g r o u n dP r e s s u r eT h e o r yR e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．2 R e s e a r c hs t a t u so fi n f l u e n c i n gf a c t o r so nm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f s u r r o u n d i n gr o c ks t r e s ss h e l l ．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．5 1 ．2 ．3I n f l u e n c eo f M i n i n gD e p t ho n S u r r o u n d i n gR o c ko f S t o p e ⋯⋯⋯⋯6 1 ．2 ．4P r o b l e m sa n dR i s s u e sR a i s e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．3T h eR e s e a r c hC o n t e n ta n dI d e a s ．⋯．．．．⋯．⋯⋯．⋯．．⋯．．．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．⋯．．．．⋯．．．． j I 1 ．3 ．1R e s e a r c hC o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 11 3 ．2R e s e a r c hI d e a sa n dT e c h n i c a lR o u t e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 2R e s e a r c hP a r a m e t e r so fE f f e c to fM i n i n gD e p t ho nM e c h a n i c a lC h a r a c t e r i s t i c s o f S u r r o u n d i n gR o c kS t r e s sS h e l l ⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．1 l 2 ．1 E n g i n e e r i n gG e o l o g i cC o n d i t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．2 N u m e r i c a lS i m u l a t i o nD e s i g n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 ．1T h r e eD i m e n s i o n a lN u m e r i c a lS i m u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．2 ．2N u m e r i c a lS i m u l a t i n gM o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．2 ．3R o c kM e c h a n i c sa n dP h y s i c a lP a r a m e t e r s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．2 ．4P r o c e s sD e s i g no f M o d e lC a l c u l a t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．3S i m i l a rS i m u l a t i o nD e s i g n ．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．1 6 2 ．3 ．1T h eP u r p o s ea n dC o n t e n to f T e s t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．3 ．2T e s tE q u i p m e n t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 2 ．3 ．3 D e s i g no f S i m i l a rS i m u l a t i o nT e s tM o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 ．V I T ． 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．3 ．4T h eA r r a n g e m e n to f M e a s u r i n gP o i n t s ⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．2 1 2 ．3 ．5M e t h o do f D a t aA c q u i s i t i o n ．．．⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．．．⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．2 2 2 ．4 C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3E f f e c to f M i n i n gD e p t ho nS t r e s sF i e l do fS u r r o u n d i n gR o c k ⋯⋯．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．2 5 3 ．1N u m e r i c a lS i m u l a t i o nA n a l y s i so fI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho nS t r e s s F i e l do fS u r r o u n d i n gR o c k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 5 3 ．1 ．1S t r e s sF i e l dD i s t r i b u t i o na l o n gW o r k i n gF a c eo nt h eS t r i k e ⋯⋯⋯2 5 3 ．1 ．2S t r e s sF i e l dD i s t r i b u t i o na l o n gW o r k i n gF a c et ot h eD i p ⋯⋯⋯⋯．2 8 3 ．2S i m u l a t i o nA n a l y s i so fI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho nS t r e s sF i e l do f S u r r o u n d i n gR o c k ．⋯．⋯⋯⋯⋯．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．⋯．3 3 3 ．3S t u d yo nt h eI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho nt h eE v o l u t i o no fS t r e s sF i e l d o f S u r r o u n d i n g R o c k ．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．4C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 4E f f e c to f M i n i n gD e p t ho nt h eD i s p l a c e m e n tF i e l do fS u r r o u n d i n gR o c k ．．．．．．．4 2 4 ．1N u m e r i c a lS i m u l a t i o nA n a l y s i so fI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho n D i s p l a c e m e n tF i e l do fS u r r o u n d i n g R o c k ．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．⋯．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．⋯⋯4 2 4 ．1 ．1 D i s p l a c e m e n tF i e l dD i s t r i b u t i o na l o n gW o r k i n gF a c e o nt h e S t r i k e ．．．．．⋯．⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．．．．⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯．4 2 4 ．1 ．2 D i s p l a c e m e n tF i e l dD i s t r i b u t i o na l o n gW o r k i n gF a c et ot h eD i p ．4 4 4 ．2 S i m u l a t i o nA n a l y s i so fI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho nD i s p l a c e m e n t F i e l do fS u r r o u n d i n gR o c k ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 8 4 ．3 C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 5E f f e c to f M i n i n gD e p t ho nt h eD e s t r u c t i o nF i e l do fS u r r o u n d i n gR o c k ．．．．．．．．．．．5 6 5 ．1N u m e r i c a lS i m u l a t i o nA n a l y s i so fI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho n D e s t r u c t i o nF i e l do f S u r r o u n d i n gR o c k ．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．．．5 6 5 ．1 ．1D e s t r u c t i o nF i e l dD i s t r i b u t i o na l o n gW o r k i n gF a c eo nt h e S t r i k e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．1 ．2D e s t r u c t i o nF i e l dD i s t r i b u t i o na l o n gW o r k i n gF a c et ot h eD i p ．5 8 万方数据 目录 5 ．2 S i m u l a t i o nA n a l y s i so fI n f l u e n c eo fM i n i n gD e p t ho nD e s t r u c t i o nF i e l d o f S u r r o u n d i n gR o c k ．．．．⋯．⋯⋯⋯．．．．．．．⋯．⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯⋯．⋯．．．．．．⋯6 3 5 ．3 C h a p t e rS u m m a r y ．．．⋯．⋯．⋯．⋯．．．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯．⋯．．．．．．．⋯⋯．⋯．．．．．⋯⋯．⋯．．．．．6 8 6C o n c l u s i o na n d P r o s p e c t ⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．．⋯⋯．⋯．⋯．．．．．7 0 6 ．1 C o n c l u s i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 0 6 ．2 P r o s p e c t ．．．．⋯．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．7 1 R e f e r e n c e ⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 3 A c k n o w l e d g e m e n t s ．．⋯⋯．．．．．．．．。．．．．．．．．⋯．．．。⋯．．．⋯．．．．．。．．．．⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．。．．。。。。，．，．⋯．．．⋯⋯，7 7 A u t h o rI n t r o d u c t i o na n dM a i nS c i e n t i f i cR e s e a r c hA c h i e v e m e n t s ．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．7 9 ．I X 。 万方数据 第1 章绪论 1绪论 1 ．1 选题背景及研究意义 1 ．1 ．1 选题背景 煤炭作为重要不可再生资源，在全世界范围内占有非常重要的地位[ 1 1 。中国 是煤炭资源的生产和消费大国，煤炭作为我国的主体能源，关系着国家能源安全 [ 2 - 3 ] 。我国的能源资源特点是富煤、少气、缺油 图1 ．1 ，而且该现状在相当长的 时间内不会发生根本的改变，这就决定了我国以煤炭为主要能源生产和消费的格 局不会改变。煤炭是重要资源，必须科学合理地开采煤炭资源，提高煤炭资源的 采出率，确保煤炭工业安全、稳定、可持续地发展，使之满足国家经济和人民群 众日益增长的需求[ 4 - 6 1 。 口核鬯、水电 等 ‘] 天然气 72 0 。。 1n ％ 一石a 2 0 ．4 煤炭 9 ．3 0 ％ 图1 - 1 能源消费结构图 F i g ．1 1S t r u c t u r a ld r a w i n go fe n e r g yc o n s u m p t i o n 按照目前我国煤炭资源开采现状，开采深度达到千米的深井数量在不断增加， 我国东部矿区较早地进入了深部开采，一些目前尚未进入深部开采的矿井也在设 计规划进入深部开采【_ 7 ‘9 1 。开采前，深部矿井煤岩体处于深部三维应力平衡状态， 由于煤炭的开采活动，原有的应力平衡被打破，促使采场围岩应力场、位移场以 及能量场的重新分布。采场结构参数是影响采场围岩应力场、位移场以及能量场 分布规律的主要因素，主要包括开采厚度、开采深度、煤柱宽度等，采场结构参 数发生改变则直接影响着采场矿山压力及其显现，关系着工作面支架载荷以及采 场围岩控制。 开采深度作为采场主要结构参数之一，采深的大小直接关系着原岩应力的大 小，也关系着开采后巷道的压力以及工作面周围岩层内支承压力大小，开采深度 直接影响矿山压力的大小，但在开采深度 6 0 0 m ．8 0 0 m 以内时，现场实测表明， 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 采场顶板下沉量与采深并无直接的关系【1 0 1 。随着开采深度增加，煤壁前方支承压 力值必然增加，工作面支架载荷可能随之增加，煤壁片帮及底板鼓起发生的几率 变大，深部矿井矿压显现剧烈；但对开采深度较小的浅埋煤层，根据所观测的浅 埋煤层矿压显现指标，工作面矿山压力显现并没有随着矿山压力的减小而减小， 反而发生压架等更加剧烈的矿压现象【1 1 1 。因此，深部矿井采场矿山压力及其显现 与采深的关系是采矿学科领域面临的一个重要研究课题。 1 ．1 ．2 研究意义 基于上述因素，研究不同采深情况下，引起的采场围岩的应力分布规律、破 坏场分布以及围岩移动规律的变化情况，揭示采深对采场围岩力学特征的影响规 律，该研究为深部矿