本文關(guān)鍵詞：深地超應(yīng)力作用效應(yīng)及孤島工作面整體沖擊失穩(wěn)機(jī)理研究　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：煤礦開采深度進(jìn)入千米以后,采掘工作面圍巖應(yīng)力普遍超過煤體單軸抗壓強(qiáng)度,呈現(xiàn)圍巖應(yīng)力超過煤體強(qiáng)度的超應(yīng)力現(xiàn)象。煤體在超應(yīng)力作用下,沖擊礦壓動力災(zāi)害頻發(fā),因此研究深地開采超應(yīng)力狀態(tài)下煤層開采沖擊礦壓災(zāi)害防治問題,具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。論文綜合采用現(xiàn)場調(diào)研、理論分析、物理力學(xué)試驗(yàn)、數(shù)值模擬與工程實(shí)踐等手段,對深地超應(yīng)力作用效應(yīng)及誘沖機(jī)理、不同加卸載路徑下煤樣沖擊破壞特征和前兆信息識別、深地孤島工作面整體沖擊失穩(wěn)機(jī)理、覆巖結(jié)構(gòu)演化特征、沖擊力源及其監(jiān)測與防治工程實(shí)踐的理論與技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。分析研究了全國深地開采力學(xué)環(huán)境下的沖擊顯現(xiàn)特征。結(jié)果顯示,掘進(jìn)沖擊顯現(xiàn)頻發(fā),沖擊顯現(xiàn)區(qū)域普遍存在應(yīng)力異常和應(yīng)力恢復(fù)現(xiàn)象。掘進(jìn)沖擊位置在回采進(jìn)程中也是高沖擊顯現(xiàn)區(qū)域;沖擊破壞形式由局部轉(zhuǎn)變?yōu)檎w沖擊,沖擊破壞程度嚴(yán)重、影響范圍廣。由此提出了深地開采的超應(yīng)力作用效應(yīng),并將巷道破壞劃分為掘進(jìn)失穩(wěn)型、局部加載型和整體失穩(wěn)型三種。開展了煤樣真三軸超應(yīng)力作用下加卸載沖擊破壞試驗(yàn)研究,揭示了深地圍巖對煤層的超應(yīng)力加載作用及方式。試驗(yàn)結(jié)果表明,不同的應(yīng)力加卸載路徑下煤樣沖擊破壞具有顯著的時(shí)間延遲效應(yīng);與三軸壓縮試驗(yàn)相比,三軸卸壓下煤樣的變形、破壞更加劇烈;圍壓一定的情況下,軸壓達(dá)到3倍以上單軸抗壓強(qiáng)度煤樣開始發(fā)生沖擊顯現(xiàn);試樣宏觀破裂面和波速異常豐富區(qū)、微觀裂隙演化和低波速貫通區(qū)形成了較好的對應(yīng)。提出了孤島工作面整體沖擊失穩(wěn)理論,指出相鄰多個(gè)工作面采空區(qū)上覆巖層大范圍的協(xié)同破斷、運(yùn)動是孤島煤柱沖擊礦壓的主要誘因,自重應(yīng)力和采空區(qū)覆巖結(jié)構(gòu)傳遞至孤島工作面的應(yīng)力增量是其主要靜載力源,覆巖亞關(guān)鍵層及其所控制巖層的進(jìn)一步破斷或主關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動是其主要動載力源,上述載荷疊加作用下易于誘發(fā)沖擊顯現(xiàn)。開展了工作面開采全過程的數(shù)值試驗(yàn),采用應(yīng)變軟化模型研究了頂板的下沉變形過程和雙屈服模型模擬了采空區(qū)垮落帶巖體的壓實(shí)過程,從覆巖破壞臨界塑性應(yīng)變的角度劃分垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶,揭示出覆巖結(jié)構(gòu)的演化特征是孤島工作面靜載和動載產(chǎn)生的根源,分別從工作面應(yīng)力分布和地表下沉量、頂板破斷和斷層滑移釋放能量角度,揭示出微震監(jiān)測覆巖結(jié)構(gòu)演化的可能性,進(jìn)一步可辨識出孤島工作面沖擊礦壓的前兆信息�；诠聧u工作面整體沖擊失穩(wěn)機(jī)理,提出了孤島工作面采前沖擊危險(xiǎn)預(yù)評估機(jī)制,并總結(jié)了深地孤島工作面沖擊礦壓的監(jiān)測與防治思路。針對山東朝陽煤礦3112和3108工作面開展了工程實(shí)踐,從動靜載源頭治理,通過加強(qiáng)高應(yīng)力區(qū)和應(yīng)力異常區(qū)的監(jiān)測和防治來減弱靜載應(yīng)力集中的影響,通過實(shí)施人工斷頂和斷層附近爆破措施來弱化動載擾動,現(xiàn)場應(yīng)用效果顯著。
【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】：2017
【分類號】：TD324

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本文編號：1309390