長期以來,煤與瓦斯突出都是一種后果嚴重、機制復(fù)雜、治理困難的煤礦事故。煤巷掘進工作面是煤與瓦斯突出事故發(fā)生的主要區(qū)域,突出事故一直沒有得到根本性的遏制,主要有3個方面的難點:(1)與回采工作面相比,掘進工作面地質(zhì)環(huán)境和地應(yīng)力狀態(tài)相對更加不明了,防控難度大;(2)與回采面相比,煤層卸壓不夠充分,應(yīng)力集中現(xiàn)象更為顯著;(3)掘進面煤層瓦斯抽采難度大,突出危險性更大。在煤層巷道掘進中,掘進工作面前方煤體處于集中應(yīng)力狀態(tài)且變形嚴重,應(yīng)力作用下的煤層失穩(wěn)是誘導(dǎo)煤與瓦斯突出發(fā)生的重要原因。從煤礦掘進現(xiàn)場的經(jīng)驗總結(jié)來看,掘進速度較快的時候瓦斯涌出量出現(xiàn)明顯的異常波動,煤層動力現(xiàn)象也更為劇烈,突出危險性增強。目前,煤的堅固性系數(shù)、煤的破壞類型、鉆屑量、鉆孔瓦斯壓力以及掘進面瓦斯涌出量等參數(shù)被廣泛應(yīng)用于掘進巷道煤與瓦斯突出的鑒定和預(yù)測中,取得了較好的效果,但是突出啟動以及各種鑒定和預(yù)測方法的機理仍然不明確。工作面前方煤體隨掘進作業(yè)的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律以及各種鑒定和預(yù)測指標與應(yīng)力之間的關(guān)系,仍然需要更為深入的研究。基于上述認識,本文以掘進工作面的應(yīng)力作為主要研究對象,應(yīng)用巖石力學、損傷力學、分子動力學和彈塑性力...

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖2.5蝶形塑性區(qū)的形態(tài)

(a)(b)圖2.5蝶形塑性區(qū)的形態(tài)Fig.2.5Morphologyofbutterflyplasticzone該猜想中的力學模型有以下幾個方面的優(yōu)點：（1）該力學模型考慮了掘進面地應(yīng)力的不均等情況，并給出了合理的力學式。（2）該模型給出了掘進面前方的應(yīng)力狀態(tài)和....

圖2.14理想彈塑性假設(shè)下塑性區(qū)寬度和集中應(yīng)力與內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系

側(cè)壓系數(shù)為1，原巖應(yīng)力為10MPa。這時根據(jù)前文推導(dǎo)得出的應(yīng)力計算表達式可以得出掘進工作面前方應(yīng)力場與巷道高度之間的關(guān)系如圖2.13所示。圖2.13理想彈塑性假設(shè)下掘進面應(yīng)力狀態(tài)與煤的內(nèi)摩擦角之間的關(guān)系Fig2.13Therelationshipbetween....

圖2.16理想彈塑性假設(shè)下塑性區(qū)寬度和集中應(yīng)力與單軸抗壓強度之間的關(guān)系

達式可以得出掘進工作面前方應(yīng)力場與巷道高度之間的關(guān)系如圖2.15所示，塑性區(qū)寬度和集中應(yīng)力值隨抗壓強度變化的具體值如圖2.16所示。圖2.15理想彈塑性假設(shè)下掘進面應(yīng)力狀態(tài)與煤的單軸抗壓強度之間的關(guān)系Fig.2.15Therelationshipbetween....

圖2.18理想彈塑性假設(shè)下塑性區(qū)寬度和集中應(yīng)力與原巖應(yīng)力之間的關(guān)系

煤的單軸抗壓強度為4MPa，側(cè)壓系數(shù)為1。這時根據(jù)前文推導(dǎo)得出的應(yīng)力計算表達式可以得出掘進工作面前方應(yīng)力場與巷道高度之間的關(guān)系如圖2.17所示。圖2.17理想彈塑性假設(shè)下掘進面應(yīng)力狀態(tài)與原巖應(yīng)力之間的關(guān)系Fig.2.17Therelationshipbetwee....

本文編號：3946343