本文關(guān)鍵詞：基于能量耗散的軟硬互層采動裂隙演化規(guī)律實驗研究　出處：《西安科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著我國煤礦開采深度及強(qiáng)度的不斷增加,煤層瓦斯災(zāi)害隨之加強(qiáng),加之煤層瓦斯賦存的“三高三低”特征,使得單一抽采瓦斯方法的治理效果不甚理想,利用煤層開采后卸壓抽采瓦斯,是我國煤礦瓦斯治理的重要方向。本文系統(tǒng)評述了采動裂隙演化及破斷規(guī)律、巖石裂隙定量描述分形計算、巖體變形失穩(wěn)能量分析等諸多成果,認(rèn)為從能量角度分析采動裂隙演化過程,是定量描述采動裂隙演化及分布機(jī)制的關(guān)鍵。本文選擇典型巖樣,根據(jù)煤層開采過程中煤巖體的力學(xué)行為,通過實驗室實驗研究了單軸循環(huán)加載、加載速率、圍壓、高徑比、巖性等條件下巖體變形破壞過程中彈性能密度、耗散能密度變化規(guī)律,得到了巖體變形破壞過程中的能量耗散規(guī)律,據(jù)此構(gòu)建了基于能量耗散的損傷本構(gòu)方程,對軟硬互層巖體受拉、壓應(yīng)力狀態(tài)下軟硬互層巖體積聚能量進(jìn)行分析,建立了基于可釋放能量的軟硬互層巖體破壞準(zhǔn)則,以此分析了軟硬互層覆巖的破壞類型,受壓時,軟巖層先于鄰近硬巖層發(fā)生破壞,而受拉時,軟硬互層巖體以形成離層裂隙為主。通過物理相似模擬實驗及FLAC3D數(shù)值模擬,分析煤層開采后裂隙發(fā)展及分布形態(tài)、應(yīng)力分布、聲發(fā)射特征隨軟硬互層厚度比變化曲線,得到軟硬互層對采動裂隙演化及分布規(guī)律、應(yīng)力分布、聲發(fā)射特征的影響規(guī)律,隨巖性的增強(qiáng),采動影響范圍逐漸減小,而影響強(qiáng)度增大。通過理論分析,結(jié)合物理相似模擬實驗及數(shù)值分析結(jié)果,對巖層自重、上部巖層施加的垂直作用力、層間摩擦力及層間粘結(jié)力產(chǎn)生的滑動阻力分布狀態(tài)進(jìn)行分析,得到巖層破斷后懸伸長度,結(jié)合各巖層力學(xué)狀態(tài)及幾何尺寸,確定工作面達(dá)到一定推進(jìn)距后巖層破斷高度,優(yōu)化了橢拋帶數(shù)學(xué)模型,進(jìn)而得到軟硬互層條件下采動裂隙分布形態(tài)的數(shù)學(xué)方程。基于物理相似模擬實驗及數(shù)值分析結(jié)果,從能量耗散角度分析了采動裂隙演化過程,確定了巖層破斷后巖塊長度、形成裂隙條數(shù)、裂隙密度及裂隙分形維數(shù)水平分布方程,定量研究了采空區(qū)裂隙密度及裂隙分形維數(shù)分布規(guī)律,得到軟硬互層條件下覆巖采動裂隙分布特征。利用微震監(jiān)測系統(tǒng)及鉆孔窺視儀對山西和順天池能源有限責(zé)任公司301工作面開展現(xiàn)場工業(yè)性試驗,分析微震事件隨著工作面推進(jìn)三維空間分布規(guī)律、鉆孔內(nèi)裂隙尺寸分布規(guī)律,確定采動裂隙分布形態(tài)及特征,進(jìn)一步驗證了軟硬互層巖體采動裂隙演化及分布規(guī)律,同時,將其應(yīng)用于現(xiàn)場,指導(dǎo)高抽巷抽采瓦斯。本文引入分形維數(shù)系數(shù),得到其計算方程,定量研究了軟硬互層巖體采動裂隙分布特征,優(yōu)化了橢拋帶數(shù)學(xué)模型,得到軟硬互層巖體采動裂隙分布形態(tài)數(shù)學(xué)方程,從能量角度結(jié)合巖石的力學(xué)行為,揭示了軟硬互層覆巖采動裂隙演化機(jī)理,為卸壓抽采瓦斯技術(shù)的實施提供更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,為實現(xiàn)煤與瓦斯安全共采提供一定的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD712.61

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：1319265