【摘要】：采場底板圍巖三維力學(xué)特征是有效防控煤層底板采動(dòng)災(zāi)害的理論基礎(chǔ)。為此,本論文采用綜合研究方法,系統(tǒng)深入研究了采場底板圍巖三維力學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn),在工作面推進(jìn)過程中,采場底板部分巖層區(qū)域富集著高于鄰域的高應(yīng)力束,形成了采場底板圍巖應(yīng)力殼,采場底板礦壓顯現(xiàn)受控于底板應(yīng)力殼的存在和其時(shí)空演化。煤層回采后,采場底板圍巖中最大主應(yīng)力方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),殼體高應(yīng)力決定采場底板圍巖是否擴(kuò)展,最大主應(yīng)力偏轉(zhuǎn)方向決定采場底板巖體的破壞趨勢(shì),這正是采場底板圍巖由整體連續(xù)漸變?yōu)楹暧^斷裂的力學(xué)本質(zhì)。破壞場發(fā)育在底板應(yīng)力殼作用下的低應(yīng)力區(qū)內(nèi),在采場底板圍巖應(yīng)力殼保護(hù)下的低應(yīng)力區(qū)是最大位移區(qū),底板巖層移動(dòng)形態(tài)類似開口向上的拋物線狀。殼基高應(yīng)力是引起采場底板巖層采動(dòng)應(yīng)力場的主要力源,煤壁前方殼基高應(yīng)力在底板巖層中形成高垂直應(yīng)力,高垂直應(yīng)力受控于殼基高應(yīng)力,兩者呈正相關(guān)性,煤壁前方底板垂直應(yīng)力隨離煤層距離的增而降低,且呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)變緩現(xiàn)象,采動(dòng)水平應(yīng)力高度集中于采場底板淺部巖層。在采場底板圍巖應(yīng)力殼保護(hù)范圍內(nèi)的采空區(qū)下伏巖層出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象,卸壓范圍呈倒“八”字型收斂狀。采場底板圍巖由整體連續(xù)漸變?yōu)楹暧^斷裂呈現(xiàn)出時(shí)間效應(yīng),大致經(jīng)歷三個(gè)階段：殼基高應(yīng)力作用下巖體原始裂紋起裂、采場底板圍巖最大主應(yīng)力的集中與偏轉(zhuǎn)引起裂紋進(jìn)一步發(fā)育、損傷達(dá)到或超過損傷閾值后宏觀斷裂。初采期間,采場底板圍巖應(yīng)力殼力學(xué)特征參數(shù)受控于工作面推進(jìn)距離,推進(jìn)距離達(dá)到或超過工作面斜長后,決定采場底板圍巖應(yīng)力殼力學(xué)特征參數(shù)的主要因素為工作面斜長,表現(xiàn)出短邊依賴效應(yīng)。采場底板巖層賦存狀態(tài)對(duì)采場底板圍巖應(yīng)力殼力學(xué)特征有顯著影響�；诓蓤龅装鍑鷰r應(yīng)力殼力學(xué)特征及時(shí)空演化規(guī)律,遵循適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、合理的空間、適中開采強(qiáng)度的原則,提出了與開采環(huán)境相適應(yīng)的煤層群工作面協(xié)調(diào)同采方法。
[Abstract]:Three-dimensional mechanical characteristics of surrounding rock in stope floor are the theoretical basis for effective prevention and control of mining disasters in coal seam floor. Therefore, the comprehensive research method is used to study the three-dimensional mechanical characteristics of the surrounding rock of the stope floor. It is found that in the process of working face advance, the high stress beam is enriched in some strata of the floor of the stope, and the surrounding rock stress shell of the stope floor is formed, and the rock pressure of the stope floor is controlled by the existence of the stress shell of the floor and its space-time evolution. After coal seam mining, the direction of the maximum principal stress in the surrounding rock of the stope floor is deflected, the high stress of the shell determines whether the surrounding rock of the stope floor is extended, and the direction of the maximum principal stress deflection determines the failure trend of the rock mass of the stope floor. This is the mechanical nature of the rock mass of the stope floor from the whole continuous gradual transformation to the macroscopic fracture. The failure field is developed in the low stress zone under the action of the bottom stress shell. The low stress zone under the protection of the surrounding rock stress shell of the stope floor is the maximum displacement zone, and the moving form of the bottom rock layer is similar to the parabolic shape of the upward opening. The high stress of shell foundation is the main force source to cause mining stress field of stope bottom rock. The high stress of shell foundation in front of coal wall forms high vertical stress in bottom rock layer, and the high vertical stress is controlled by high stress of shell foundation, which is positively correlated with each other. The vertical stress of the floor in front of the coal wall decreases with the increase of the distance from the coal seam, and the downward trend becomes slower, and the horizontal stress of mining is concentrated on the shallow strata of the floor of the stope. The pressure relief phenomenon appears in the underground strata of goaf in the protection range of surrounding rock stress shell of stope floor, and the pressure relief range is convergent in the shape of inverted "eight" shape. The surrounding rock of the stope floor changes from the whole continuous gradual transformation to the macroscopic fault and presents the time effect, which generally goes through three stages: the initial crack initiation of rock mass under the action of high stress of shell foundation, The concentration and deflection of the maximum principal stress in the surrounding rock of the stope floor lead to the further development of the crack and the macroscopic fracture after the damage reaches or exceeds the damage threshold. During the initial mining period, the mechanical characteristic parameters of surrounding rock stress and shell of stope floor are controlled by the distance of the working face, and the main factor determining the mechanical characteristic parameters of the surrounding rock stress and shell of the stope floor is the inclined length of the working face after the advance distance reaches or exceeds the inclined length of the working face. It shows short edge dependence effect. The occurrence of stope floor rock layer has a significant influence on the mechanical characteristics of surrounding rock stress shell of stope floor. Based on the mechanical characteristics and space-time evolution law of surrounding rock stress and shell of stope floor, following the principle of proper time, reasonable space and moderate mining intensity, this paper puts forward a coordinated mining method of coal seam group working face suitable for mining environment.
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TD32

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本文編號(hào)：2416365