本文關(guān)鍵詞：厚煤層綜放開采的降載減沖原理及其工程實踐

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【摘要】：沖擊礦壓是典型的煤巖動力災(zāi)害之一,隨開采強度增大,厚煤層的沖擊頻次更高、致災(zāi)程度更嚴重,常造成巷道與采場的瞬間大變形甚至閉合,因此急需解決厚煤層開采的沖擊災(zāi)害防治問題。目前我國已進行了利用綜放開采減弱厚煤層沖擊顯現(xiàn)的相關(guān)工程實踐,取得一定效果,但未能消除厚煤層沖擊,尚缺乏對綜放開采防沖原理這一基礎(chǔ)科學(xué)問題的系統(tǒng)研究。為此,論文綜合采用調(diào)研、理論分析、力學(xué)試驗、數(shù)值模擬試驗及工程實踐等方法,開展了厚煤層綜放開采的降載減沖原理研究。調(diào)研分析了厚煤層綜放與分層綜采的沖擊顯現(xiàn)特征。結(jié)果顯示,與分層綜采相比,綜放的百萬噸沖擊頻次較低、工作面沖擊所占比例較低、沖擊破壞范圍較小、沖擊破壞程度較輕、巷道沖擊起始位置由工作面端頭變?yōu)槌岸祟^一段距離,但綜放和分層綜采均以臨空巷沖擊占多數(shù),且主要表現(xiàn)為底鼓。開展了煤樣超強度受載沖擊破壞的試驗研究,揭示了圍巖對煤層的超強度加載作用及方式,建立了煤體超強度沖擊模型及準則。試驗結(jié)果表明,試驗機剛度較小、載荷控制加載、位移控制高速率加載可造成試樣的超強度受載沖擊破壞;圍巖對煤層具有超強度加載作用,可使其動力破壞,超強度加載方式包含3種,即煤體應(yīng)變軟化發(fā)展至圍巖剛度小于煤層剛度、覆巖破斷或局部破壞產(chǎn)生礦震引起瞬間動載擾動、采動或局部破壞造成煤體圍壓瞬間降低導(dǎo)致其強度瞬間降低;易于煤體沖擊的條件為較小的破裂區(qū)范圍、較高的支承壓力、較高的應(yīng)力梯度、較陡的煤體峰后強度降、較強的動載擾動等。研究揭示了綜放開采的覆巖結(jié)構(gòu)特征及其對煤層超強度受載的影響。綜放的低位關(guān)鍵層破斷及形成的結(jié)構(gòu)一般包含砌體梁式和懸臂梁式兩類,而綜采下一般為砌體梁式,兩種方式下巖層破斷步距之比為(0.632~0.577)/1、釋放能量之比為(0.860~0.813)/1,破斷步距和能量釋放均隨采厚的增大而增大,因此綜放的關(guān)鍵層破斷導(dǎo)致的動載源較強烈,但綜放對動載傳播的衰減較大;綜放覆巖結(jié)構(gòu)對靜載集中的降低作用較明顯,造成應(yīng)力集中程度降低、范圍增大、應(yīng)力峰值更深入煤體,如模擬結(jié)果顯示采厚由3 m增加至20 m時應(yīng)力集中系數(shù)由1.97~2.04降至1.44~1.60。綜放的動載擾動誘沖作用更顯著。提出了厚煤層綜放開采的降載減沖原理,指出綜放開采可降低沖擊危險但不能消除沖擊。隨采厚增加,靜載集中先快速降低再緩慢降低并最終趨于穩(wěn)定,動載先緩慢升高并當采厚增至一定值時出現(xiàn)臺階升高。因此,厚煤層防沖應(yīng)優(yōu)選綜放采煤法,通過增加采厚來降低靜載集中,但采厚有合理上限,模擬結(jié)果顯示可以是11~13 m;此外,通過實施人工斷頂措施來弱化動載擾動,進一步降低沖擊危險。給出了斷頂步距的確定公式,目標為避免產(chǎn)生104 J的礦震。研究成果在興安煤礦進行了工程實踐,減沖效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：沖擊礦壓 厚煤層 綜放開采 超強度加載 動載擾動 覆巖結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD324;TD823.253
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-8
• Extended Abstract8-25
• 1 緒論25-33
• 1.1 研究背景及意義25-27
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀27-31
• 1.3 主要研究內(nèi)容與方法31-33
• 2 厚煤層開采沖擊顯現(xiàn)特征與沖擊因素分析33-51
• 2.1 綜放與綜采的沖擊顯現(xiàn)特征33-42
• 2.2 綜放與綜采的沖擊因素分析42-50
• 2.3 小結(jié)50-51
• 3 煤樣超強度受載沖擊破壞試驗研究51-78
• 3.1 試驗?zāi)康摹?nèi)容與方案51-54
• 3.2 煤樣沖擊破壞規(guī)律分析54-67
• 3.3 煤樣超強度受載沖擊破壞機制67-76
• 3.4 小結(jié)76-78
• 4 圍巖對厚煤層的超強度加載誘沖機理78-94
• 4.1 煤巖三軸壓縮試驗的強度與變形特征78-81
• 4.2 圍巖的動靜載特征與煤體強度分布規(guī)律81-87
• 4.3 煤巖體內(nèi)能量積聚與釋放特征87-89
• 4.4 圍巖對煤體的超強度加載誘沖模型及準則89-93
• 4.5 小結(jié)93-94
• 5 綜放開采覆巖結(jié)構(gòu)特征及對煤層超強度受載的影響94-113
• 5.1 采場覆巖運動一般規(guī)律及其導(dǎo)致的動靜加載作用94-95
• 5.2 綜放開采覆巖破斷運動及其導(dǎo)致的動載源特征95-98
• 5.3 綜放開采覆巖結(jié)構(gòu)形式及其對動靜載的作用98-101
• 5.4 綜放開采對防沖的作用101-105
• 5.5 覆巖結(jié)構(gòu)發(fā)育高度105-111
• 5.6 小結(jié)111-113
• 6 綜放開采的動載擾動與靜載演化規(guī)律113-155
• 6.1 綜放開采覆巖破斷步距與能量釋放規(guī)律113-126
• 6.2 綜放開采覆巖破斷施加煤體動載擾動規(guī)律126-131
• 6.3 綜放開采基礎(chǔ)靜載應(yīng)力分布的數(shù)值模擬研究131-142
• 6.4 綜放開采靜載應(yīng)力演化規(guī)律的數(shù)值模擬研究142-152
• 6.5 小結(jié)152-155
• 7 厚煤層綜放開采降載減沖的工程實踐155-169
• 7.1 綜放開采沖擊礦壓防控原理155-157
• 7.2 興安煤礦綜放開采防沖實踐157-167
• 7.3 小結(jié)167-169
• 8 結(jié)論與展望169-173
• 8.1 研究結(jié)論169-171
• 8.2 創(chuàng)新點171
• 8.3 研究展望171-173
• 參考文獻173-184
• 作者簡歷184-188
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集188

【參考文獻】

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本文編號：605922