本文關(guān)鍵詞：沖擊地壓的沖擊啟動機(jī)理及其應(yīng)用

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【摘要】：綜合采用案例分析、數(shù)值模擬、實驗室試驗、理論分析、現(xiàn)場應(yīng)用驗證等方法,以沖擊地壓物理演化過程剖析為切入點,揭示了沖擊地壓演化“三階段”過程；指出了沖擊啟動載荷源的內(nèi)、外因關(guān)系；得到了沖擊啟動的材料-結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)機(jī)理；劃分并建立了沖擊啟動存在類型、力學(xué)模型與判別準(zhǔn)則；最終形成了沖擊地壓的沖擊啟動理論,并進(jìn)行了工程應(yīng)用。主要得到以下成果：(1)沖擊地壓發(fā)生經(jīng)歷了3個階段：沖擊啟動—沖擊能量傳遞—沖擊地壓顯現(xiàn)。井田區(qū)域、局部開采對沖擊地壓發(fā)生的影響因素復(fù)雜多變,但最終都?xì)w結(jié)到提供兩類載荷源(集中靜載荷、集中動載荷)。兩類載荷影響沖擊地壓發(fā)生,實質(zhì)是影響沖擊地壓的沖擊啟動環(huán)節(jié),而不是全過程影響。(2)沖擊地壓巷道可以看作為由頂板-煤層-底板、空洞組成的工程結(jié)構(gòu)體,工程結(jié)構(gòu)體中由于載荷的局部化集中,煤體產(chǎn)生彈塑性分區(qū),各區(qū)界限、載荷存在時變特性,而發(fā)生沖擊地壓沖擊啟動區(qū)為巷幫極限平衡區(qū),也是巷道工程結(jié)構(gòu)的主承載區(qū)。(3)建立了巷道沖擊地壓變載荷類建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)模型,通過類建筑結(jié)構(gòu)主承載體極限平衡方程、主承載體地基極限平衡方程推導(dǎo)分析：隨著主承載區(qū)垂直載荷集中值增大,主承載體發(fā)生粘滑錯動沖擊趨勢減小,而自身發(fā)生材料破壞和導(dǎo)致地基發(fā)生材料破壞的趨勢增大。沖擊啟動實質(zhì)是彈脆性單一結(jié)構(gòu)體突破材料強(qiáng)度極限,材料失穩(wěn),導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)的結(jié)果,包含了材料失穩(wěn)向結(jié)構(gòu)失穩(wěn)轉(zhuǎn)變的過程。(4)從誘發(fā)沖擊啟動的載荷源來分,沖擊地壓主要存在2種類型：集中靜載荷型和集中動載荷型,其它因素的變化都屬于載荷源內(nèi)部組合模式的變化,而不改變沖擊啟動類型。采場、巷道沖擊啟動實質(zhì)是極限平衡區(qū)靜載荷集中,是內(nèi)因,外界動載荷起到促進(jìn)作用,底板、煤壁只是能量傳遞與釋放的載體,即沖擊地壓顯現(xiàn)位置。沖擊啟動的判別準(zhǔn)則為采掘空間極限平衡區(qū)集中靜載荷與遠(yuǎn)場系統(tǒng)外集中動載荷之和大于主承載區(qū)動力破壞所需要的最小能量。(5)通過理論分析與應(yīng)用驗證,形成了沖擊地壓的沖擊啟動理論,包含了四層認(rèn)識：指出了沖擊地壓的演化過程；分析了沖擊啟動載荷源的內(nèi)外因關(guān)系；揭示了沖擊啟動區(qū)以及啟動原理；分析了沖擊啟動的分類與能量判據(jù)。(6)建立了基于沖擊啟動理論的沖擊地壓局部防治方法體系,提出在沖擊啟動類型確定基礎(chǔ)上,以載荷源為中心,分源監(jiān)測,分源防治的思想,并在兩類典型礦井沖擊地壓災(zāi)害防治中得到了較好的實踐驗證。
【學(xué)位授予單位】：煤炭科學(xué)研究總院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TD324

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本文編號：1306836