本文選題：原位狀態(tài)　切入點(diǎn)：高地應(yīng)力　出處：《北京科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：隨著采深增加和開采強(qiáng)度不斷加大,我國煤礦沖擊地壓日趨嚴(yán)重和復(fù)雜。與淺部開采相比,深部開采時(shí)巖體處于高地應(yīng)力、高地溫、高承壓水體及爆破、機(jī)械開挖動力擾動(“三高一擾動”)的特殊復(fù)雜力學(xué)環(huán)境。深部巖體在高應(yīng)力狀態(tài)下具有高儲能特性,受開挖擾動后積聚的高能量突然釋放易造成動力災(zāi)害。深部巖體所處的應(yīng)力、能量狀態(tài)對于其擾動所產(chǎn)生的響應(yīng)有關(guān)鍵影響。因此,論文以深部巖體原位狀態(tài)分析為基礎(chǔ),以應(yīng)力、能量演化為主線來分析深部高應(yīng)力巖體的開采擾動響應(yīng)特征及其致災(zāi)機(jī)理,取得以下成果： 1.深部工程巖體是一個(gè)多場、多相、多狀態(tài)的復(fù)雜地質(zhì)體,通過對現(xiàn)有的研究理論和工程現(xiàn)象總結(jié)分析,提出以應(yīng)力、溫度、熵等狀態(tài)函數(shù)來表征巖體的原位狀態(tài),并結(jié)合實(shí)際工程特點(diǎn)與需要,重點(diǎn)分析了應(yīng)力場和能量場的特征。在應(yīng)力場中著重分析了構(gòu)造應(yīng)力場的特性及其影響因素與分布特征,構(gòu)造應(yīng)力場是勢場,非獨(dú)立場、不穩(wěn)定場以及變形力場,在我國目前煤礦開采深度1000-1500m范圍內(nèi),構(gòu)造應(yīng)力以水平應(yīng)力為主,隨著深度的增加增長顯著,且大小分布較為分散,但是其方向性明顯。同時(shí)針對應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)空間分析深部動力災(zāi)害響應(yīng)所存在的一些不足,探討了構(gòu)建應(yīng)力應(yīng)變梯度與能量密度梯度狀態(tài)空間體系,通過現(xiàn)有狀態(tài)空間的映射來建立相應(yīng)的本構(gòu)和準(zhǔn)則的可能。 2.通過設(shè)計(jì)室內(nèi)巖石加卸載擾動與聲發(fā)射聯(lián)合試驗(yàn),對高應(yīng)力荷載巖石的加卸載擾動響應(yīng)特征進(jìn)行分析,獲得以下結(jié)論：巖石單軸加卸載擾動試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)選取彈性模量、聲發(fā)射、變形比為響應(yīng)的加卸載響應(yīng)比均表現(xiàn)出隨應(yīng)力水平的變化,特別是巖石處于高應(yīng)力狀態(tài)快要破壞時(shí),加卸載響應(yīng)比會突然增大到一定的值,雖然巖石的巖性和極限強(qiáng)度不同,但是在臨界失穩(wěn)前,加卸載響應(yīng)比急劇增大的現(xiàn)象卻是共同存在的,可以通過擾動加卸載響應(yīng)比來衡量巖體的穩(wěn)定狀態(tài),從而繞開對深部不同巖體的強(qiáng)度,所處應(yīng)力水平等條件難以準(zhǔn)確獲知的困難,單純的以一個(gè)統(tǒng)一的無量綱量值來表征巖體的穩(wěn)定狀態(tài)。通過三軸加卸載試驗(yàn)對巖體的擾動能量響應(yīng)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)巖石彈塑性能比曲線在破壞前存在一個(gè)拐點(diǎn),當(dāng)巖石達(dá)到這一應(yīng)力狀態(tài)之后,巖石將快速發(fā)生破壞,拐點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)對于巖石失穩(wěn)預(yù)測有重要意義。針對能量在現(xiàn)場難以直接獲取的困難,提出建立巖體能量耗散與聲發(fā)射特征的關(guān)系,試驗(yàn)分析顯示巖體能量耗散與聲發(fā)射能存在一個(gè)正相關(guān)的關(guān)系,可以擬合出二者關(guān)系公式。最后根據(jù)以上擾動響應(yīng)特征分析提出巖體沖擊發(fā)生的危險(xiǎn)性應(yīng)該是一個(gè)動態(tài)的“材料參數(shù)”,以此定義了擾動沖擊危險(xiǎn)勢和沖擊強(qiáng)度,強(qiáng)調(diào)對于某種材料其沖擊危險(xiǎn)性是由所處應(yīng)力、能量狀態(tài)所決定的,可以用加卸載響應(yīng)比等擾動響應(yīng)特征來定量分析巖體的沖擊危險(xiǎn)勢和沖擊強(qiáng)度。 3.近斷層開采擾動造成斷層及附近巖體內(nèi)的應(yīng)力和能量重新分布,易引發(fā)諸如斷層礦震、沖擊地壓等較大的地質(zhì)災(zāi)害。通過引入地震學(xué)和地球物理方面的一個(gè)重要概念-應(yīng)力觸發(fā),建立了開采擾動引起斷層面庫侖應(yīng)力變化的動態(tài)模型,提出了開采對斷層的擾動效應(yīng)特征判據(jù),即基于庫侖擾動應(yīng)力變化的斷層擾動破壞應(yīng)力判據(jù),面積判據(jù)和梯度判據(jù)。庫侖擾動應(yīng)力水平越高,分布范圍越大,應(yīng)力梯度越高,失穩(wěn)時(shí)釋放能量就越多越激烈,則潛在的誘發(fā)動力災(zāi)害的危險(xiǎn)性就越大。據(jù)此理論結(jié)合數(shù)值模擬綜合分析了鮑店礦近斷層開采對斷層的擾動致災(zāi)效應(yīng),分析結(jié)果與礦區(qū)實(shí)際情況基本吻合,為礦井鄰近斷層開采過程中動力災(zāi)害的預(yù)測和控制提供科學(xué)依據(jù)。 4.由于實(shí)際工程中某一原位狀態(tài)的巖體系統(tǒng),可能包含有不同儲能特性的巖體。當(dāng)這一原位狀態(tài)受到某一擾動時(shí),不同儲能體產(chǎn)生的響應(yīng)不一樣,相互作用時(shí)的機(jī)制也不同,造成系統(tǒng)發(fā)生動力沖擊的條件和沖擊的強(qiáng)度也不同。在對兩種不同儲能巖體組合系統(tǒng)相互作用的機(jī)制及其動力失穩(wěn)的條件分析基礎(chǔ)上,建立了開采擾動沖擊源模型,即在同一時(shí)間參與同一力學(xué)過程的釋能體和破裂體的組合,沖擊源在時(shí)間上是動態(tài)的,空間上是變邊界的。分析了沖擊源的力學(xué)機(jī)制與沖擊條件及此過程中的能量演化特征,并以華亭煤礦開采擾動沖擊事件為實(shí)例對沖擊源沖擊強(qiáng)度、空間尺度及應(yīng)力降問的相關(guān)性進(jìn)行了分析,得出華亭礦區(qū)沖擊源尺度在公里級范圍。對巷道沖擊源釋能體應(yīng)力降模式進(jìn)行了探討,提出在沖擊源不同位置其應(yīng)力降大小與其到破裂體中心的距離存在一個(gè)指數(shù)關(guān)系。最后提出了根據(jù)兩體相互作用的耦合響應(yīng)特征通過監(jiān)測沖擊源應(yīng)力相關(guān)區(qū)域來構(gòu)建沖擊災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)想。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD31

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊淑華;張興民;姜福興;陳強(qiáng);;微地震定位監(jiān)測的深孔檢波器及其安裝技術(shù)[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2006年01期

2 陳忠輝,傅宇方,唐春安;單軸壓縮下雙試樣相互作用的實(shí)驗(yàn)研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);1997年04期

3 林鵬,唐春安,陳忠輝,黃潤秋;二巖體系統(tǒng)破壞全過程的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究[J];地震;1999年04期

4 石耀霖;關(guān)于應(yīng)力觸發(fā)和應(yīng)力影概念在地震預(yù)報(bào)中應(yīng)用的一些思考[J];地震;2001年03期

5 丁鑒海,余素榮,肖武軍;地震前兆與短臨預(yù)報(bào)探索[J];地震;2003年03期

6 尹祥礎(chǔ),尹迅飛,余懷忠,張暉輝,顏玉定;加卸載響應(yīng)比理論用于礦震預(yù)測的初步研究[J];地震;2004年02期

7 王培德,吳大銘,陳運(yùn)泰;地震矩、震級、震源尺度及應(yīng)力降之間相互關(guān)系的研究[J];地殼形變與地震;1988年02期

8 牛安福;張凌空;閆偉;吉平;;中國鉆孔應(yīng)變觀測能力及在地震預(yù)報(bào)中的應(yīng)用[J];大地測量與地球動力學(xué);2011年02期

9 李鐵,蔡美峰,孫麗娟,左艷,冀林旺;強(qiáng)礦震地球物理過程及短臨階段預(yù)測的研究[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2004年04期

10 朱傳鎮(zhèn);;有關(guān)震源體積的理論[J];地球物理學(xué)報(bào);1963年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 肖同強(qiáng);深部構(gòu)造應(yīng)力作用下厚煤層巷道圍巖穩(wěn)定與控制研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2011年

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

3 宋大釗;沖擊地壓演化過程及能量耗散特征研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2012年

，

本文編號：1661092