發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 15:23

【摘要】：煤礦高應(yīng)力巷道巖爆孕育過程及主要影響因子作用機(jī)制對深部動力災(zāi)害巷道圍巖穩(wěn)定性控制問題具有至關(guān)重要的意義。圍繞煤礦高應(yīng)力巷道巖爆孕育機(jī)理及其發(fā)生過程這一關(guān)鍵科學(xué)問題,自主研發(fā)試驗(yàn)系統(tǒng)和試驗(yàn)材料,通過36組(144塊)三維及29組(116塊)二維模型試驗(yàn)再現(xiàn)了煤礦高應(yīng)力巖體巖爆的發(fā)生、發(fā)展全過程,綜合采用數(shù)字照相量測技術(shù)、聲發(fā)射監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測手段,研究了煤礦高應(yīng)力巖體巖爆的孕育機(jī)理、災(zāi)變過程、發(fā)生條件、分級標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)測方法,主要獲得以下成果和結(jié)論:(1)自主研制了由圍壓盒、彈性儲能結(jié)構(gòu)及模擬開挖裝置組成的“煤礦高應(yīng)力巷道巖爆模擬試驗(yàn)系統(tǒng)”,解決了試驗(yàn)中剛性試驗(yàn)機(jī)因油路供油不及時(shí)造成的應(yīng)力斷路問題,可實(shí)現(xiàn)巖爆孕育及災(zāi)變?nèi)^程等剛度能量補(bǔ)充;發(fā)明了適用于巖爆試驗(yàn)?zāi)M的彈脆性類巖石材料(專利號:201510466941.9);成功再現(xiàn)了4種不同物理力學(xué)特性類巖石材料的巖爆現(xiàn)象。(2)通過36組的高應(yīng)力巷道開挖模擬試驗(yàn),獲得了3種彈塑性和1種彈脆性類巖石材料災(zāi)變發(fā)展演化全過程。4種類巖石材料巖爆發(fā)展演化全過程均包含靜力、動靜組合、動力破壞三種形態(tài);定義了災(zāi)害烈度因子Ψ|(_1,_2),提出基于塊體彈射速度和烈度因子的雙指標(biāo)巖爆分級判定準(zhǔn)則;發(fā)現(xiàn)應(yīng)力初始水平和應(yīng)力調(diào)整速率對材料的破壞發(fā)生機(jī)理和破壞過程的影響都不是獨(dú)立的,交互作用形成不同階段的結(jié)構(gòu)重塑過程;提出了結(jié)構(gòu)重塑完成準(zhǔn)則,揭示了沖擊能系數(shù)小于1的巖體發(fā)生巖爆動力災(zāi)害的本質(zhì)。(3)通過29組自由空間效應(yīng)二維模擬試驗(yàn),研究自由空間圍巖結(jié)構(gòu)承載特性及空間釋能特征,獲得了防治巖爆動力災(zāi)害發(fā)生的自由空間最有利斷面形狀、尺度、位置、構(gòu)成形式及分布原則。(4)研究了巖性、加載速率及初始應(yīng)力水平的交互作用對材料巖爆動力災(zāi)害孕育及破壞演化過程中的等效破壞強(qiáng)度、起爆能量密度、等效彈性(壓縮)模量、災(zāi)變過程變形模量、烈度因子等因素變化特征的影響,揭示了三種類型巖爆孕育及致災(zāi)機(jī)理。(5)將極速學(xué)習(xí)機(jī)方法模型引入巖爆預(yù)測領(lǐng)域,以材料沖擊能系數(shù)、初始應(yīng)力水平和加載速率作為輸入因素,36組試驗(yàn)結(jié)果為分析樣本,預(yù)測巖爆是否發(fā)生及等級劃分,預(yù)測結(jié)果表明極速學(xué)習(xí)機(jī)方法模型能夠發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的內(nèi)在特征,模型輸出可準(zhǔn)確進(jìn)行預(yù)測。(6)提出了沖擊型巖爆巷道“自由空間時(shí)空尺度調(diào)控”穩(wěn)定控制理念�，F(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)表明:在煤柱開挖卸壓孔形成自由空間并限制工作面回采速度可有效降低煤柱受載應(yīng)力調(diào)整速率,防止沖擊型巖爆的發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD322.4
【圖文】：

1 緒論及致災(zāi)機(jī)理。（4）通過不同自由空間尺度、斷面形狀、位置、構(gòu)成形式及分布原則模擬試驗(yàn)研究不同自由空間特征條件下的圍巖結(jié)構(gòu)承載特性及空間釋能特征，獲得防治巖爆動力災(zāi)害發(fā)生的自由空間最有利斷面形狀、尺度、位置、構(gòu)成形式及分布原則。（5）以材料沖擊能系數(shù)、初始應(yīng)力水平和加載速率作為輸入因素，36 組試驗(yàn)結(jié)果為輸入分析樣本建立基于極速學(xué)習(xí)機(jī)方法的巖爆預(yù)測模型，預(yù)測巖爆是否發(fā)生及等級劃分。（6）通過數(shù)值模擬研究不同工作面回采速率對研究區(qū)煤柱應(yīng)力變化規(guī)律的影響規(guī)律，確定將加載速率作為模型試驗(yàn)主要因素的科學(xué)依據(jù)。結(jié)合研究成果，提出沖擊型巖爆巷道穩(wěn)定控制技術(shù)，選取典型沖擊型巖爆災(zāi)害巷道作為工業(yè)性試驗(yàn)巷道，驗(yàn)證研究成果的適用性。詳細(xì)技術(shù)路線見圖 1-1。

由自由面形成的封閉空間，因此巖體中的所有工程結(jié)構(gòu)物甚至裂隙、裂縫自由空間。工程結(jié)構(gòu)物，大尺寸如巷道、硐室等，中等尺寸如卸壓孔、瓦斯抽采孔等節(jié)理、裂隙等，均可視為不同尺度的自由空間。任何新形成的自由空間均統(tǒng)的擴(kuò)展和延伸，任一自由空間也可以視為無數(shù)個(gè)較小自由空間構(gòu)成的硐室群、采場巷道群、巷道斷面形狀、相鄰巷道擾動、不同巷道交岔、巷工作面回采速率確定、停采線確定、預(yù)留煤柱寬度確定、卸壓孔(巷)位置工程問題均可用圖 2-1 的自由空間拓?fù)潢P(guān)系來描述，可認(rèn)為所有人工形成元結(jié)構(gòu)通過 6 種關(guān)系形成較大范疇的自由空間系統(tǒng)，任何新形成的自由空間系統(tǒng)的擴(kuò)展和延伸，任一自由空間也可以視為無數(shù)個(gè)較小自由空間構(gòu)成自由空間的研究涉及到構(gòu)成、尺度、形狀等多種因素。作為巖體破壞最小力學(xué)上可以描述為長軸無限大于短軸的橢圓，同時(shí)可以截取為無數(shù)長軸等元，由于圓形結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比具有較高的力學(xué)穩(wěn)定性，且易于加工最不利原則，在試驗(yàn)中模擬模型的自由空間結(jié)構(gòu)均采用圓形結(jié)構(gòu)（研究形外）。

鈉基膨潤土，200 目 1000 目。相似材料的制備分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段主要通過試驗(yàn)結(jié)果分析各組分對于、彈性模量、光潔度、色澤等方面的影響；第二階段對第一階段的組分的水平差分析，回歸獲取較為合理的配合比再次進(jìn)行配合比試驗(yàn)。每組配比澆制試件 10 個(gè)，養(yǎng)護(hù)完畢后選擇 5 個(gè)進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，剔除不合剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行均值處理消除離散性影響。.3 相似材料確定相似模擬材料試件的測試試驗(yàn)為獲取彈性模量、降模量、單軸抗壓強(qiáng)度等物理中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的DNS100伺服試驗(yàn)機(jī)壓縮試驗(yàn)，試件直徑 50mm，高度 100mm，按照《巖石試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB50218定對試件進(jìn)行精細(xì)加工，試件直徑沿高度誤差小于 0.3mm 斷面垂直軸線且垂差低于 0.25°，不平整度小于 0.02mm，不平行度誤差小于 0.005mm 加載采用位控制，加載速率 0.5mm/min。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝和平;高峰;鞠楊;;深部巖體力學(xué)研究與探索[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年11期

2 姜耀東;趙毅鑫;;我國煤礦沖擊地壓的研究現(xiàn)狀:機(jī)制、預(yù)警與控制[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年11期

3 王迎超;靖洪文;張強(qiáng);蔚立元;徐智敏;;基于正態(tài)云模型的深埋地下工程巖爆烈度分級預(yù)測研究[J];巖土力學(xué);2015年04期

4 李波;吳立;陸中s

本文編號：2803868