煤礦安全生產(chǎn)三維仿真庫通過(guò)使用最新三維動(dòng)畫(huà)模擬技術(shù)制作,以影視動(dòng)畫(huà)方式再現煤礦職工井上、井下作業(yè)過(guò)程和生活場(chǎng)景。“煤礦安全生產(chǎn)三維仿真庫之事故案例集一”高精度、高仿真性直觀(guān)展示最近幾年來(lái)煤礦職工井下生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的機電事故(共7起)、頂板事故(共9起)、通風(fēng)事故(共2起)、瓦斯事故(共4起)、水害事故(共5起),系統的總結了煤礦易發(fā)、常見(jiàn)事故的產(chǎn)生原因和發(fā)展規律,對如何遏制煤礦各類(lèi)事故的發(fā)生提出了有效的防治對策。
煤礦安全生產(chǎn)三維仿真庫通過(guò)使用最新三維動(dòng)畫(huà)模擬技術(shù)制作,以影視動(dòng)畫(huà)方式再現煤礦職工井上、井下作業(yè)過(guò)程和生活場(chǎng)景。“煤礦安全生產(chǎn)三維仿真庫之事故案例集二”高精度、高仿真性直觀(guān)展示最近幾年來(lái)煤礦職工井下生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生的機電事故(共10起)、爆破及爆炸事故(共4起)、火災事故(共4起)、其他事故(共5起),系統的總結了煤礦易發(fā)、常見(jiàn)事故的產(chǎn)生原因和發(fā)展規律,對如何遏制煤礦備類(lèi)事故的發(fā)生提出了有效的防治對策。
本片通過(guò)最鮮明的實(shí)例和最直觀(guān)的教育,來(lái)提高煤礦從業(yè)人員的安全生產(chǎn)意識,可作為煤礦企業(yè)區隊班組在班前、班后會(huì )上進(jìn)行安全事故警示教育的生動(dòng)視頻教材,也可作為煤礦安全培訓教學(xué)的課件使用。
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本書(shū)主要內容包括:新疆地區巨厚煤層賦存及地質(zhì)特征分析、巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)物理模擬研究、巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)規律數值模擬研究、巨厚煤層開(kāi)采覆巖結構穩定性分析、巨厚煤層開(kāi)采覆巖塊體破斷特征分析、巨厚煤層開(kāi)采支架與圍巖作用關(guān)系分析。本書(shū)所述內容具有先進(jìn)性、實(shí)用性。 本書(shū)可供從事采礦工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的科研及工程技術(shù)人員參考。
巨厚煤層開(kāi)采具有產(chǎn)量高、礦井生產(chǎn)工作面少等特點(diǎn),但對覆巖及地表的破壞程度較一般開(kāi)采條件嚴重。
目前,對普通厚度煤層開(kāi)采巖層及地表移動(dòng)機理的認識比較深入,國內外學(xué)者針對3~20m厚度煤層開(kāi)采地表
及巖層移動(dòng)規律及支架選型方面做了大量的基礎研究和現場(chǎng)實(shí)踐,取得豐富的研究成果,但對20m 以上巨厚煤
層開(kāi)采覆巖活動(dòng)規律認識還處于探索階段。基于此,本書(shū)主要針對新疆地區巨厚煤層賦存特征及地質(zhì)條件,綜
合運用現場(chǎng)調研、數值計算、物理模擬及理論分析等研究方法,對巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)規律及其控制等進(jìn)行了系統分析,研究成果可為該類(lèi)煤層安全高效開(kāi)采提供理論指導。主要研究成果如下:① 對新疆巨厚煤層賦存條件進(jìn)行分類(lèi),在此基礎上分析并對比了不同類(lèi)型巨厚煤層覆巖活動(dòng)規律。提出并證實(shí)了巨厚煤層不同開(kāi)采厚度導致覆巖結構呈現“破斷—鉸接穩定—失穩—二次破斷”的變化特征,并揭示了覆巖呈現不同結構形態(tài)的產(chǎn)生機理。② 物理模擬與數值模擬研究表明,巨厚煤層的開(kāi)采造成采空區空間大幅度的增加,采場(chǎng)采動(dòng)影響具有較大的波及范圍,使得工作面覆巖的活動(dòng)空間更大,易造成大范圍巖體結構失穩破壞;巨厚煤層覆巖裂隙發(fā)育、地表下沉量及采動(dòng)應力集中程度均受控于關(guān)鍵層破斷塊體的結構穩定性,穩定結構一旦失穩,在后續開(kāi)采過(guò)程中難以重新鉸接形成結構;在巨厚煤層開(kāi)采過(guò)程中,部分覆巖塊體會(huì )發(fā)生再次破斷。③ 依據巖層控制的關(guān)鍵層理論,建立了巨厚煤層開(kāi)采關(guān)鍵層破斷塊體整體結構力學(xué)模型;基于巨厚煤層關(guān)鍵層鉸接結構穩定性,確定了頂板控制的重點(diǎn)區域;提出了巨厚煤層開(kāi)采臨界厚度的概念,并以此作為工作面開(kāi)采過(guò)程中關(guān)鍵層鉸接結構能否維持穩定的預測指標,初步確定了關(guān)鍵層能夠形成穩定結構的巨厚煤層開(kāi)采厚度臨界值。④ 揭示了巨厚煤層覆巖塊體二次破斷機理,靜載荷作用下覆巖塊體二次斷裂形式主要為塊體失穩后呈懸臂結構拉破斷,沖擊載荷作用下覆巖塊體二次破斷主要發(fā)生在塊體與其他巖體碰撞過(guò)程中;并分別建立覆巖塊體在靜載荷和沖擊載荷作用下發(fā)生二次破斷的力學(xué)模型,給出了不同因素影響下覆巖塊體能否發(fā)生二次破斷的判別式。⑤ 對巨厚煤層覆巖呈現不同結構時(shí)支架與圍巖作用關(guān)系進(jìn)行了力學(xué)分析,推導出控制巨厚煤層頂板穩定性的工作阻力計算公式,并取得了良好的現場(chǎng)應用效果。揭示了覆巖厚度與工作面長(cháng)度在巨厚煤層開(kāi)采支架與圍巖關(guān)系中的關(guān)鍵作用,以目前支架能否維護工作面頂板穩定為判斷依據,初步確定了巨厚煤層可否全部開(kāi)采的臨界條件。
本書(shū)的出版得到了國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目(2015CB251600)、貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目
(黔科合J字[2015]2072號)、貴州省教育廳自然科學(xué)研究項目(黔教合KY字(2015)427號)、國家自然科學(xué)基金
項目(51564004,51474206,51404254)、中國博士后科學(xué)基金項目(2015T80604,2014M560465)的資助,在此一并致謝。由于筆者水平所限,書(shū)中難免存在錯誤和不妥之處,懇請讀者批評指正。
著(zhù) 者
二〇一六年十月于貴州理工學(xué)院
1 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 問(wèn)題的提出與研究意義……………………………… 1
1.2 國內外研究現狀與存在問(wèn)題………………………… 2
1.3 研究目標與研究?jì)热荨?10
2 新疆礦區巨厚煤層賦存及典型特征分析…………………… 13
2.1 巨厚煤層的定義……………………………………… 13
2.2 新疆地區地質(zhì)條件及巨厚煤層賦存特征…………… 14
2.3 新疆地區巨厚煤層典型賦存條件分類(lèi)……………… 21
2.4 本章小結……………………………………………… 24
3 巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)物理模擬研究……………………… 25
3.1 物理模擬模型建立…………………………………… 25
3.2 巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)特征………………………… 33
3.3 本章小結……………………………………………… 65
4 巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)規律數值模擬研究………………… 67
4.1 數值模擬軟件的選擇………………………………… 67
4.2 模擬方案……………………………………………… 68
4.3 數值模擬結果及分析………………………………… 71
4.4 關(guān)鍵層結構穩定性對巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)的
影響…………………………………………………… 95
4.5 本章小結……………………………………………… 99
5 巨厚煤層開(kāi)采覆巖結構穩定性分析……………………… 101
5.1 巨厚煤層初次分層開(kāi)采覆巖結構穩定性分析…… 101
5.2 巨厚煤層周期性分層開(kāi)采覆巖結構穩定性分析… 120
5.3 本章小結…………………………………………… 139
6 巨厚煤層開(kāi)采覆巖塊體破斷特征分析…………………… 141
6.1 巨厚煤層開(kāi)采覆巖塊體破斷力學(xué)分析…………… 141
6.2 覆巖塊體結構破斷特征物理模擬分析…………… 162
6.3 本章小結…………………………………………… 177
7 巨厚煤層開(kāi)采支架與圍巖作用關(guān)系分析………………… 178
7.1 巨厚煤層開(kāi)采支架工作阻力確定………………… 179
7.2 巨厚煤層全部開(kāi)采臨界條件……………………… 187
7.3 實(shí)例分析…………………………………………… 190
7.4 本章小結…………………………………………… 192
參考文獻………………………………………………………… 193
·2·
巨厚煤層開(kāi)采覆巖活動(dòng)規律及其控制研究