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近距离煤柱下工作面顶板应力分布规律研究
汇报人：
2024-01-15
CATALOGUE
目录
引言
近距离煤柱下工作面顶板应力分布理论分析
数值模拟研究
现场实测研究
近距离煤柱下工作面顶板应力分布规律总结
结论与展望
引言
01
煤炭资源开采现状
01
我国煤炭资源丰富，但开采条件复杂，近距离煤层开采时，煤柱留设对顶板应力分布有重要影响。
顶板事故频发
02
近年来，煤矿顶板事故频发，严重威胁矿工生命安全，研究近距离煤柱下工作面顶板应力分布规律对预防顶板事故具有重要意义。
煤炭资源高效开采
03
随着煤炭开采技术的不断发展，对煤炭资源的高效开采提出了更高的要求，研究近距离煤柱下工作面顶板应力分布规律有助于提高煤炭资源开采效率。
国外学者在煤层开采、顶板应力分布等方面进行了大量研究，取得了显著成果，但针对近距离煤柱下工作面顶板应力分布的研究相对较少。
国外研究现状
国内学者在近距离煤层开采、煤柱留设对顶板应力影响等方面进行了深入研究，取得了一定成果，但仍存在诸多问题需要进一步探讨。
国内研究现状
目前，关于近距离煤柱下工作面顶板应力分布规律的研究尚处于空白状态，亟待开展深入研究。
研究空白
研究目的：揭示近距离煤柱下工作面顶板应力分布规律，为预防煤矿顶板事故、提高煤炭资源开采效率提供理论支撑。
研究内容：通过理论分析、数值模拟和现场实测等方法，系统研究近距离煤柱下工作面顶板的应力分布特征、影响因素及演化规律。具体包括以下几个方面
建立近距离煤柱下工作面顶板的力学模型，分析顶板的应力分布特征；
运用数值模拟方法，模拟不同煤柱宽度、采高、埋深等条件下顶板的应力分布情况；
通过现场实测，获取近距离煤柱下工作面顶板的实际应力数据，验证理论分析和数值模拟结果的准确性；
分析近距离煤柱下工作面顶板应力分布的影响因素及演化规律，提出针对性的控制措施。
近距离煤柱下工作面顶板应力分布理论分析
02
近距离煤柱的强度是影响其稳定性的关键因素，强度越高，煤柱越稳定。
煤柱强度
煤柱的高度、宽度和长度等尺寸参数对其稳定性有显著影响，合理的尺寸设计能够提高煤柱的稳定性。
煤柱尺寸
地质构造如断层、节理等会对煤柱稳定性产生不利影响，需要在开采过程中加以注意。
地质构造
在近距离煤柱下，顶板的垂直应力呈现明显的非均匀分布，煤柱上方的应力集中程度较高。
垂直应力分布
水平应力分布
应力梯度变化
顶板的水平应力在煤柱两侧呈现对称分布，且随着与煤柱距离的增大而逐渐减小。
从煤柱到采空区，顶板的应力梯度逐渐减小，表明应力在传递过程中逐渐扩散。
03
02
01
随着开采深度的增加，顶板应力水平相应提高，对煤柱稳定性的要求也更加严格。
开采深度
煤层倾角的变化会影响顶板的应力分布，倾角越大，应力集中程度越高。
煤层倾角
不同的开采方法会对顶板应力分布产生不同影响，如长壁开采和短壁开采的应力分布规律存在明显差异。
开采方法
支护方式的选择直接影响顶板的稳定性和应力分布，合理的支护方式能够有效控制顶板的变形和破坏。
支护方式
数值模拟研究
03
确定模型范围
根据研究目标，确定模型的长度、宽度和高度，以及煤柱和顶板的尺寸和位置。
选择本构模型
针对煤柱和顶板的材料特性，选择合适的本构模型，如弹塑性模型、损伤模型等。
网格划分
对模型进行网格划分，确保网格质量和计算精度，同时考虑计算效率。
边界条件设置
根据实际情况，设置模型的边界条件，如固定边界、位移边界等。
应力分布云图
通过数值模拟得到顶板应力分布云图，可以直观地看出应力集中区域和应力梯度变化。
应力变化曲线
提取不同位置的应力数据，绘制应力变化曲线，分析应力的变化趋势和规律。
塑性区分布
观察数值模拟结果中的塑性区分布情况，分析煤柱和顶板的破坏形式和范围。
验证数值模拟的准确性
将数值模拟结果与理论分析结果进行对比，验证数值模拟的准确性和可靠性。
分析差异原因
如果数值模拟结果与理论分析结果存在差异，需要深入分析原因，如模型简化、参数选取等。
提出改进措施
针对存在的差异和问题，提出相应的改进措施和建议，为实际工程提供指导。
03
02
01
现场实测研究
04
在近距离煤柱下工作面的关键位置布置测点，如煤壁前方、煤柱上方、采空区侧等。
测点选择
选用高精度压力传感器和位移传感器，分别用于测量顶板的应力和变形。
传感器类型
建立实时数据采集系统，确保数据的准确性和连续性。
数据采集系统
应力分布特征
根据实测数据，分析近距离煤柱下工作面顶板的应力分布特征，如应力集中、应力降低等。
03
误差分析
分析数值模拟与实测结果之间的误差来源，提出改进数值模拟方法的建议。
01
数值模拟方法
采用有限元、有限差分等数值模拟方法，建立近距离煤柱下工作面的数值模型。
02
结果对比
将数值模拟结果与实测数据进行对比，验证
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