本文關(guān)鍵詞：應(yīng)力波產(chǎn)生機(jī)制及對沖擊地壓影響研究

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【摘要】：煤礦沖擊地壓災(zāi)害具有顯著的動(dòng)力學(xué)特征,其發(fā)生演化過程往往受到動(dòng)載擾動(dòng)因素的影響,包括頂板斷裂、斷層滑移、工程爆破和天然地震等。目前針對擾動(dòng)因素對沖擊地壓的影響研究側(cè)重于動(dòng)載的沖擊破壞作用,對于應(yīng)力波的產(chǎn)生及傳播特性研究仍然存在不足。本文采用理論建模、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬手段,分別對煤巖體破裂震源模型及關(guān)鍵影響因素、煤體應(yīng)力波傳播衰減規(guī)律及主導(dǎo)機(jī)制、煤體沖擊破壞動(dòng)力學(xué)特性及失效準(zhǔn)則展開了深入研究,綜合分析了應(yīng)力波對沖擊地壓的影響,主要結(jié)論如下基于位錯(cuò)震源理論和動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué),建立了采場空間頂板張性斷裂和煤體壓剪破裂震源模型,開發(fā)了煤巖體破裂三維應(yīng)力波數(shù)值計(jì)算程序,模擬分析了頂板斷裂和煤體破裂震源產(chǎn)生的應(yīng)力波動(dòng)態(tài)速度場,確定了兩類震源模型關(guān)鍵影響因素為斷裂尺度和介質(zhì)強(qiáng)度。結(jié)果顯示,頂板斷裂震源和煤體破裂震源產(chǎn)生的應(yīng)力波持續(xù)時(shí)間、動(dòng)態(tài)速度幅值分別隨著斷裂尺度和介質(zhì)強(qiáng)度的增大而增大。這表明采場頂板厚度越大、強(qiáng)度越高,則頂板斷裂產(chǎn)生的應(yīng)力波強(qiáng)度就越高;煤體破裂尺度越大、強(qiáng)度越高,產(chǎn)生的應(yīng)力波強(qiáng)度也越高。開展SHPB實(shí)驗(yàn)研究了無軸壓和施加軸壓后煤體應(yīng)力波傳播衰減規(guī)律,建立了應(yīng)力波作用下煤體裂紋閉合模型,揭示了煤體裂隙結(jié)構(gòu)變化對應(yīng)力波傳播衰減的影響機(jī)制。應(yīng)力波造成煤體裂隙閉合或擴(kuò)展時(shí),其傳播衰減的主導(dǎo)機(jī)制為裂紋面摩擦效應(yīng)和裂紋擴(kuò)展耗能,可分別采用裂紋閉合模型和脆性損傷模型描述煤體中應(yīng)力波傳播衰減規(guī)律。大尺度數(shù)值模擬結(jié)果與現(xiàn)場煤層巷道爆破應(yīng)力波傳播衰減規(guī)律一致,驗(yàn)證了該模型用于分析現(xiàn)場煤層沖擊應(yīng)力波傳播衰減的可行性。應(yīng)力波強(qiáng)度不足以改變煤體裂隙結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)力波傳播衰減主導(dǎo)機(jī)制為散射效應(yīng)、流動(dòng)效應(yīng)和基質(zhì)摩擦效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)研究了應(yīng)力波作用下煤體沖擊破壞產(chǎn)物的斷口微觀形貌特征,揭示了應(yīng)力波作用下煤體裂紋起裂擴(kuò)展匯聚機(jī)制與脆性斷裂機(jī)理,建立了煤體沖擊破壞失效準(zhǔn)則。應(yīng)力波作用下煤體沖擊破壞過程以張性裂紋起裂擴(kuò)展為主,沖擊破壞模式包括橫向拉伸破壞和軸向拉伸破壞,兩類破壞模式下煤體斷口微觀形貌存在明顯的河流狀花樣、人字形花樣和臺(tái)階狀花樣,證實(shí)煤體沖擊破壞屬于脆性斷裂所致,脆性斷裂機(jī)理為不同平面內(nèi)大量I型張性裂紋擴(kuò)展匯聚形成大尺度III型裂紋。根據(jù)煤體的橫向和軸向拉伸破壞模式,分別建立了兩類破壞模式對應(yīng)的裂紋組模型,確定了裂紋擴(kuò)展臨界長度對應(yīng)的損傷閾值,提出了煤體沖擊破壞失效準(zhǔn)則。綜合考慮應(yīng)力波的產(chǎn)生、傳播與破壞三個(gè)階段,以千秋煤礦21141工作面上覆巨厚礫巖層頂板斷裂活動(dòng)為例,模擬了應(yīng)力波致災(zāi)過程并進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上分析了地應(yīng)力、應(yīng)力波幅值、持續(xù)時(shí)間和傳播距離對沖擊地壓的影響規(guī)律。結(jié)果表明,隨著地應(yīng)力的增大、應(yīng)力波幅值和持續(xù)時(shí)間的提高以及傳播距離的縮短,巷道中監(jiān)測的應(yīng)力波能量與巷道變形量就越大,發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)性越高。最后結(jié)合三河尖煤礦92201工作面地質(zhì)條件,分析了其采場應(yīng)力波產(chǎn)生來源,解釋了工作面軌道巷沖擊動(dòng)力現(xiàn)象的發(fā)生原因。本文研究成果對于進(jìn)一步揭示采場應(yīng)力波致災(zāi)機(jī)理、完善沖擊地壓動(dòng)力學(xué)理論、促進(jìn)沖擊地壓動(dòng)力災(zāi)害防治技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：震源模型 傳播衰減 沖擊破壞 脆性斷裂 霍普金森壓桿
【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
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-23
• 變量注釋表23-24
• 1 緒論24-36
• 1.1 研究背景及意義24-26
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀26-34
• 1.3 存在的問題及不足34
• 1.4 研究內(nèi)容及研究方法34-36
• 2 煤巖體破裂震源模型及關(guān)鍵影響因素36-49
• 2.1 煤巖體破裂震源模型36-38
• 2.2 煤巖體破裂震動(dòng)位移場38-41
• 2.3 煤巖體破裂震源模型關(guān)鍵影響因素分析41-48
• 2.4 本章小結(jié)48-49
• 3 煤體應(yīng)力波傳播衰減規(guī)律及主導(dǎo)機(jī)制49-72
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法49-53
• 3.2 應(yīng)力波傳播衰減實(shí)驗(yàn)結(jié)果53-55
• 3.3 應(yīng)力波傳播衰減主導(dǎo)機(jī)制55-66
• 3.4 應(yīng)力波傳播衰減模型現(xiàn)場驗(yàn)證66-70
• 3.5 本章小結(jié)70-72
• 4 煤體沖擊破壞動(dòng)力學(xué)特性及失效準(zhǔn)則72-95
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法72-74
• 4.2 煤體沖擊破壞實(shí)驗(yàn)結(jié)果74-80
• 4.3 煤體沖擊破壞微觀機(jī)理及失效準(zhǔn)則80-94
• 4.4 本章小結(jié)94-95
• 5 采場應(yīng)力波致災(zāi)過程及對沖擊地壓影響95-120
• 5.1 采場空間應(yīng)力波致災(zāi)全過程95-100
• 5.2 應(yīng)力波致災(zāi)全過程數(shù)值模擬方法及現(xiàn)場驗(yàn)證100-107
• 5.3 典型震源應(yīng)力波致災(zāi)過程數(shù)值模擬107-113
• 5.4 應(yīng)力波對沖擊地壓影響分析113-118
• 5.5 本章小結(jié)118-120
• 6 典型動(dòng)力現(xiàn)象分析及災(zāi)害防治措施120-135
• 6.1 礦井概況120-122
• 6.2 動(dòng)力現(xiàn)象案例分析122-131
• 6.3 動(dòng)力災(zāi)害防治措施131-134
• 6.4 本章小結(jié)134-135
• 7 全文總結(jié)、創(chuàng)新點(diǎn)及展望135-138
• 7.1 全文總結(jié)135-137
• 7.2 創(chuàng)新點(diǎn)137
• 7.3 展望137-138
• 參考文獻(xiàn)138-148
• 作者簡歷148-151
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集151

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮俊軍;王恩元;沈榮喜;陳亮;李學(xué)龍;李楠;;煤體壓剪破裂震源模型及遠(yuǎn)場震動(dòng)特征[J];中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2016年03期

2 李娜娜;李建春;李海波;劉婷婷;柴少波;;節(jié)理接觸面對應(yīng)力波傳播影響的SHPB試驗(yàn)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年10期

3 竇林名;何江;曹安業(yè);鞏思園;蔡武;;煤礦沖擊礦壓動(dòng)靜載疊加原理及其防治[J];煤炭學(xué)報(bào);2015年07期

4 景林波;王恩元;李忠輝;馮俊軍;李學(xué)龍;;煤層爆破地震波傳播特征實(shí)驗(yàn)研究[J];煤炭工程;2015年02期

5 劉少虹;毛德兵;齊慶新;李鳳明;;動(dòng)靜加載下組合煤巖的應(yīng)力波傳播機(jī)制與能量耗散[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年S1期

6 劉際飛;璩世杰;;節(jié)理走向角度對爆炸應(yīng)力波傳播影響的試驗(yàn)研究[J];爆破;2014年02期

7 姜耀東;潘一山;姜福興;竇林名;鞠楊;;我國煤炭開采中的沖擊地壓機(jī)理和防治[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年02期

8 劉少虹;;動(dòng)靜加載下組合煤巖破壞失穩(wěn)的突變模型和混沌機(jī)制[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年02期

9 高明仕;趙國棟;劉波濤;趙一超;張明華;;煤巷圍巖沖擊礦壓震動(dòng)效應(yīng)的爆破類比試驗(yàn)研究[J];煤炭學(xué)報(bào);2014年04期

10 李勝林;劉殿書;張慧;江雅勤;肖遼;;石灰?guī)r的SHPB試驗(yàn)研究[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2013年12期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 盧芳云;趙鵬鐸;;壓剪復(fù)合加載實(shí)驗(yàn)技術(shù)[A];Hopkinson桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)研討會(huì)會(huì)議論文集[C];2007年

2 黃西成;;高溫動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)中的若干問題[A];第三屆全國爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

3 崔云霄;盧芳云;林玉亮;譚多望;陳軍;王彥平;;Hopkinson桿動(dòng)態(tài)剪切實(shí)驗(yàn)技術(shù)綜述[A];第四屆全國爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

4 陳柏生;肖巖;;Hopkinson拉壓一體桿實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研制[A];第六屆全國爆炸力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔡武;斷層型沖擊礦壓的動(dòng)靜載疊加誘發(fā)原理及其監(jiān)測預(yù)警研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2015年

2 劉少虹;動(dòng)載沖擊地壓機(jī)理分析與防治實(shí)踐[D];煤炭科學(xué)研究總院;2014年

3 何江;煤礦采動(dòng)動(dòng)載對煤巖體的作用及誘沖機(jī)理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2013年

4 宋林;節(jié)理巖體中應(yīng)力波傳播的動(dòng)力特性研究[D];西安建筑科技大學(xué);2012年

5 金解放;靜載荷與循環(huán)沖擊組合作用下巖石動(dòng)態(tài)力學(xué)特性研究[D];中南大學(xué);2012年

6 趙鵬鐸;分離式霍普金森壓剪桿實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其應(yīng)用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

7 宮鳳強(qiáng);動(dòng)靜組合加載下巖石力學(xué)特性和動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則的試驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2010年

8 曹安業(yè);采動(dòng)煤巖沖擊破裂的震動(dòng)效應(yīng)及其應(yīng)用研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2009年

9 葉洲元;動(dòng)力擾動(dòng)下高應(yīng)力巖石力學(xué)特性研究[D];中南大學(xué);2008年

10 秦昊;巷道圍巖失穩(wěn)機(jī)制及沖擊礦壓機(jī)理研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 張寧博;斷層沖擊地壓發(fā)生機(jī)制與工程實(shí)踐[D];煤炭科學(xué)研究總院;2014年

2 劉文震;煤在沖擊載荷下的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D];安徽理工大學(xué);2011年

3 鄒洋;巖石動(dòng)靜組合加載巴西盤劈裂試驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2011年

4 李建功;應(yīng)力波在彈塑性煤巖體中傳播衰減規(guī)律研究[D];山東科技大學(xué);2008年

5 崔棟梁;三維動(dòng)靜組合載荷下高應(yīng)力巖體動(dòng)力特性及巖爆研究[D];中南大學(xué);2007年

6 王曉燕;分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)端面摩擦效應(yīng)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

，

本文編號：1059078