【摘要】：隨著煤礦開(kāi)采條件日益復(fù)雜,礦井瓦斯事故災(zāi)害時(shí)常發(fā)生,給行業(yè)和社會(huì)造成了較嚴(yán)重的影響。本文針對(duì)煤礦瓦斯治理工作中存在的瓦斯抽采效率低下問(wèn)題,以典型厚煤層綜采為研究條件,主要采用三維大型物理模擬的研究方法,并結(jié)合力學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)值計(jì)算、理論分析等方法,系統(tǒng)探究了厚煤層綜采覆巖破斷及裂隙演化機(jī)理,進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,指導(dǎo)了瓦斯抽采實(shí)踐,為類似條件下的瓦斯治理工作提供了參考。論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)基于聲發(fā)射特征參數(shù),通過(guò)損傷力學(xué)分析,建立了相似材料壓縮破壞過(guò)程損傷演化模型,采用力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合聲發(fā)射測(cè)試手段,探究了相似材料壓縮破壞過(guò)程損傷特性及損傷時(shí)空演化特征,進(jìn)一步探討了裂隙參數(shù)對(duì)相似材料損傷演化的影響規(guī)律。(2)依據(jù)相似材料損傷破壞特性研究成果,揭示了相似材料損傷(破壞)聲發(fā)射(微震)機(jī)制,依托自主研發(fā)的煤與瓦斯共采三維物理模擬綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),設(shè)計(jì)并構(gòu)建了三維大型相似材料模型損傷(破壞)高頻微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及高清鉆孔窺視系統(tǒng),并分析了三維物理相似模擬采動(dòng)裂隙微震監(jiān)測(cè)辨識(shí)機(jī)制。(3)基于典型厚煤層綜采工作面地質(zhì)條件,通過(guò)三維大型物理相似模擬實(shí)驗(yàn),分析了工作面開(kāi)采過(guò)程覆巖空間微震事件動(dòng)態(tài)分布特征及微震參數(shù)變化特征,并探討了采動(dòng)覆巖裂隙分布鉆孔窺視結(jié)果,得到了三維大型物理模擬條件下,厚煤層綜采覆巖活動(dòng)及裂隙演化規(guī)律。(4)建立了厚煤層綜采三維數(shù)值計(jì)算模型,模擬分析了采動(dòng)覆巖破壞分布及演化特征、應(yīng)力分布及變化特征、位移分布及變化特征,進(jìn)而獲得了三維條件下厚煤層綜采覆巖活動(dòng)及卸壓范圍分布特征。(5)依據(jù)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理模擬和數(shù)值分析研究成果,通過(guò)理論分析,揭示了厚煤層綜采節(jié)理裂隙覆巖失穩(wěn)破斷機(jī)制,分析了厚煤層綜采覆巖破斷及裂隙分布特征,建立了采動(dòng)巖體裂隙參數(shù)與微震特征參數(shù)耦合模型。(6)依托典型厚煤層綜采工作面,建立了工作面微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)分析采空區(qū)覆巖微震事件空間動(dòng)態(tài)分布特征,得到了采動(dòng)覆巖破斷及裂隙演化特征,與物理模擬和數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,并驗(yàn)證了厚煤層綜采覆巖失穩(wěn)破斷及裂隙分布演化機(jī)理,根據(jù)微震監(jiān)測(cè)結(jié)果,設(shè)計(jì)并布置了工作面高位鉆孔及走向高抽巷抽采卸壓瓦斯。研究最終揭示的厚煤層綜采覆巖破斷與裂隙演化機(jī)理,在典型礦井工作面瓦斯災(zāi)害治理工作中得到了較好的驗(yàn)證和應(yīng)用,工作面瓦斯抽采措施實(shí)施后,達(dá)到了較好的采空區(qū)卸壓瓦斯抽采效果,確保了工作面的安全高效回采,為類似條件下的煤與瓦斯共采提供了指導(dǎo)和參考。
【圖文】：

洞室群模型實(shí)驗(yàn)［４８］。逡逑山東大學(xué)的李術(shù)才、張強(qiáng)勇等研發(fā)了三維地質(zhì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［４９，５％該裝置最大模型逡逑尺寸為４ｍｘ３ｍｘ６ｍ邋（圖１．１），將該系統(tǒng)應(yīng)用于隧道的三維地質(zhì)力學(xué)模型實(shí)驗(yàn)研宄，反逡逑映了隧道圍巖的應(yīng)力變形狀態(tài)，，研宄成果為隧道工程設(shè)計(jì)和施工提供了有效指導(dǎo)和參逡逑考，該系統(tǒng)適用于礦山、能源和交通等領(lǐng)域的巖土模型實(shí)驗(yàn)研宄［５１］。逡逑重慶大學(xué)的尹光志教授等［５２］利用自主研制的多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬實(shí)驗(yàn)逡逑系統(tǒng)（圖１．２），開(kāi)展了煤層開(kāi)采三維應(yīng)力模擬實(shí)驗(yàn)，探究了覆巖活動(dòng)規(guī)律、裂隙分布逡逑形態(tài)及應(yīng)力演化特征等規(guī)律。逡逑圖１．１三維地質(zhì)力學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［４９］邐圖１．２多場(chǎng)耦合煤礦動(dòng)力災(zāi)害大型模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［５２］逡逑中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研發(fā)了真三軸巷道平面模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，模型尺寸為ｌｍｘｌｍｘ0．２ｍ，實(shí)逡逑現(xiàn)了模型６面受力的施加，且３個(gè)方向加載力可調(diào)，最大施加應(yīng)力為ｌＯＭｐａ，并模擬研逡逑宄了礦井巷道的失穩(wěn)破壞機(jī)制［５３］。逡逑太原理工大學(xué)建立的大型三維固流耦合模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，整體尺寸為３ｍｘ２ｍｘ２ｍ，利逡逑用該系統(tǒng)對(duì)礦井采區(qū)帶壓開(kāi)采進(jìn)行了三維模擬，研究了覆巖位移和應(yīng)力變化規(guī)律，分析逡逑了影響覆巖活動(dòng)的主要因素

合圍巖局部化變形演化規(guī)律及失穩(wěn)特征。逡逑李樹(shù)剛教授［６２，６３］主持研制了煤與瓦斯共采小型三維物理模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)逡逑（１．２ｍｘ0．７ｍｘ0．８ｍ），如圖１．４，并采用應(yīng)力監(jiān)測(cè)、聲發(fā)射監(jiān)測(cè)等手段，探宄了煤層開(kāi)逡逑采過(guò)程中采動(dòng)應(yīng)力分布和覆巖破壞規(guī)律。逡逑圖１．３大型組合堆體立體模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)［５６］圖１．４煤與瓦斯共采小型三維物理模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)［６２］逡逑由以上國(guó)內(nèi)外對(duì)三維物理模擬實(shí)驗(yàn)的研宄現(xiàn)狀可以看出，國(guó)內(nèi)外研宄學(xué)者在巖土、逡逑隧道、礦山等不同領(lǐng)域，研發(fā)了相應(yīng)的三維物理模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建了不同尺度的三維逡逑物理模型，并采用位移監(jiān)測(cè)、聲發(fā)射特征監(jiān)測(cè)、鉆孔窺視等手段，探宄了不同條件下三逡逑維物理模型的失穩(wěn)破壞特征，較好地指導(dǎo)了工程實(shí)踐。逡逑１．２．３采場(chǎng)覆巖活動(dòng)及裂隙演化機(jī)理研究現(xiàn)狀逡逑國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用理論分析、物理模擬、數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等方法，對(duì)采場(chǎng)覆巖活逡逑動(dòng)及裂隙演化機(jī)理進(jìn)行了大量的研宄。Ｗ．Ｈａｃｋ和Ｇ．Ｇｉｕｉｔｚｅｒ等人提出了壓力拱理論［６４，６５］，逡逑分析了工作面圍巖支承壓力的由來(lái)，并探討了工作面支架壓力遠(yuǎn)小于上覆巖層重量的原逡逑因。Ｋ．Ｓｔｏｋｅ提出了懸臂梁理論［６４
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD823.253

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張培鵬;蔣力帥;劉緒峰;張貞良;劉旭;;高位硬厚巖層采動(dòng)覆巖結(jié)構(gòu)演化特征及致災(zāi)規(guī)律[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2017年05期

2 劉捷;;厚煤層高強(qiáng)度綜放開(kāi)采覆巖結(jié)構(gòu)及礦壓顯現(xiàn)特征研究[J];中國(guó)煤炭;2017年06期

3 左建平;孫運(yùn)江;錢鳴高;;厚松散層覆巖移動(dòng)機(jī)理及“類雙曲線”模型[J];煤炭學(xué)報(bào);2017年06期

4 陳亮;吳兵;許小凱;商榮亞;;泥、砂巖交互地層綜放開(kāi)采覆巖破壞高度的確定[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2017年03期

5 劉英杰;;神東礦區(qū)大采高綜采工作面關(guān)鍵層運(yùn)移規(guī)律研究[J];煤礦安全;2017年S1期

6 姜巖;;探討新疆哈密土屋斑巖型銅礦成礦特征及成因類型[J];世界有色金屬;2017年05期

7 武泉林;;高位硬厚巖層下采場(chǎng)覆巖運(yùn)動(dòng)規(guī)律及采動(dòng)應(yīng)力演化規(guī)律[J];中國(guó)煤炭;2017年02期

8 崔希民;鄧喀中;;煤礦開(kāi)采沉陷預(yù)計(jì)理論與方法研究評(píng)述[J];煤炭科學(xué)技術(shù);2017年01期

9 焦振華;陶廣美;王浩;盧志國(guó);;晉城礦區(qū)下保護(hù)層開(kāi)采覆巖運(yùn)移及裂隙演化規(guī)律研究[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2017年01期

10 吳仁倫;王亞飛;徐東亮;折志龍;孟浪;;工作面面寬對(duì)煤層群開(kāi)采瓦斯卸壓運(yùn)移“三帶”范圍的影響[J];采礦與安全工程學(xué)報(bào);2017年01期

本文編號(hào)：2600998