【摘要】：復(fù)雜條件下特厚煤層動(dòng)力災(zāi)害(沖擊地壓、礦震、礦井突水、煤與瓦斯突出以及復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害)是近年來(lái)礦井安全生產(chǎn)的巨大威脅。本文以鶴崗礦區(qū)峻德煤礦、富力煤礦和巨野礦區(qū)郭屯煤礦發(fā)生的三起典型的分別由上層煤煤柱、斷層構(gòu)造和堅(jiān)硬頂板運(yùn)動(dòng)與突水互為誘因的復(fù)雜條件下特厚煤層動(dòng)力災(zāi)害為工程背景,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、案例分析、理論研究、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和事故后復(fù)產(chǎn)實(shí)踐等方法和手段,研究了復(fù)雜條件下(上層煤煤柱、斷層構(gòu)造、堅(jiān)硬頂板與強(qiáng)含水地層復(fù)合)特厚煤層動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生機(jī)理和防治技術(shù),取得以下主要結(jié)論：(1)提出了多煤層采動(dòng)圍巖空間應(yīng)力傳遞范圍內(nèi),存在以應(yīng)力為判據(jù)的“沖擊危險(xiǎn)區(qū)域”,并建立了該危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)應(yīng)力估算的模型和沖擊危險(xiǎn)性判據(jù)。該模型包含上層煤煤柱應(yīng)力傳遞的走向和傾向計(jì)算模型,以及根據(jù)應(yīng)力與煤體單軸抗壓強(qiáng)度的比值Ic和沖擊傾向性作為沖擊危險(xiǎn)性判據(jù)的“沖擊危險(xiǎn)區(qū)域”邊界確定方法。(2)建立了特厚煤層分層工作面沖擊地壓發(fā)生過(guò)程的“B-S-B”動(dòng)態(tài)模型,揭示了特厚煤層底煤屈曲破壞后發(fā)生滑移沖擊的機(jī)理。在水平應(yīng)力作用下底煤發(fā)生屈曲破壞(Buckling failure),當(dāng)屈曲破壞規(guī)模較大時(shí),可能發(fā)生第一次底煤沖擊(屈曲沖擊),隨后深部底煤在水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力共同作用下發(fā)生塑性滑移,當(dāng)滑移范圍達(dá)到底煤結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的規(guī)模時(shí),即發(fā)生底煤第二次沖擊(滑移沖擊,Sliding Burst)。特厚煤層沖擊地壓發(fā)生過(guò)程的“B-S-B”動(dòng)態(tài)模型為特厚煤層分層與綜放開(kāi)采工藝沖擊危險(xiǎn)性對(duì)比與工藝選擇、煤巷沖擊地壓防治、工作面超前支護(hù)設(shè)計(jì)等工程決策提供了理論依據(jù)。(3)揭示了“構(gòu)造型孤島工作面”沖擊地壓發(fā)生機(jī)理。提出了工作面煤壁與斷層面之間相距數(shù)百米時(shí)即發(fā)生動(dòng)力現(xiàn)象的根本原因在于：斷層層面傾向煤壁方向且與煤壁上方覆巖破斷線相交,在覆巖中形成“空間孤島”,造成工作面與斷層構(gòu)造之間煤體應(yīng)力高度集中,從而引起構(gòu)造型孤島工作面沖擊地壓。并建立了工作面與斷層面之間煤體平均應(yīng)力的估算公式和沖擊危險(xiǎn)性判據(jù)。(4)提出了“沖擊與突水”復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生機(jī)理。研究得到了堅(jiān)硬頂板規(guī)律性斷裂前后引起煤壁附近頂板和底板內(nèi)應(yīng)力突然增加導(dǎo)致破裂范圍增加,從而引發(fā)“頂板運(yùn)動(dòng)誘發(fā)突水”的復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害；大水工作面疏放水(相當(dāng)于小型開(kāi)采)引起應(yīng)力向局部轉(zhuǎn)移和集中,從而引發(fā)“疏放水誘發(fā)沖擊”的復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害。這類(lèi)復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害因特厚煤層“高彈性強(qiáng)釋能、低強(qiáng)度易破壞、大采高深破裂”的原因,在特厚煤層礦井顯現(xiàn)更加明顯。(5)提出了特厚煤層分層工作面沖擊事故后安全復(fù)產(chǎn)的技術(shù)體系。為了防止事故后復(fù)產(chǎn)時(shí)再次發(fā)生沖擊事故,研究提出了特厚煤層分層工作面沖擊地壓事故后復(fù)產(chǎn)必須滿足的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的復(fù)產(chǎn)技術(shù)體系。該技術(shù)體系在峻德煤礦3·15事故工作面得到了成功應(yīng)用和檢驗(yàn),為類(lèi)似沖擊事故工作面復(fù)產(chǎn)提供了經(jīng)驗(yàn)。本論文的研究成果已應(yīng)用于鶴崗礦區(qū)峻德煤礦、富力煤礦和巨野礦區(qū)郭屯煤礦,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TD324

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2269274