本文關鍵詞：深地超應力作用效應及孤島工作面整體沖擊失穩(wěn)機理研究　出處：《中國礦業(yè)大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：煤礦開采深度進入千米以后,采掘工作面圍巖應力普遍超過煤體單軸抗壓強度,呈現(xiàn)圍巖應力超過煤體強度的超應力現(xiàn)象。煤體在超應力作用下,沖擊礦壓動力災害頻發(fā),因此研究深地開采超應力狀態(tài)下煤層開采沖擊礦壓災害防治問題,具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。論文綜合采用現(xiàn)場調研、理論分析、物理力學試驗、數(shù)值模擬與工程實踐等手段,對深地超應力作用效應及誘沖機理、不同加卸載路徑下煤樣沖擊破壞特征和前兆信息識別、深地孤島工作面整體沖擊失穩(wěn)機理、覆巖結構演化特征、沖擊力源及其監(jiān)測與防治工程實踐的理論與技術進行了系統(tǒng)研究。分析研究了全國深地開采力學環(huán)境下的沖擊顯現(xiàn)特征。結果顯示,掘進沖擊顯現(xiàn)頻發(fā),沖擊顯現(xiàn)區(qū)域普遍存在應力異常和應力恢復現(xiàn)象。掘進沖擊位置在回采進程中也是高沖擊顯現(xiàn)區(qū)域;沖擊破壞形式由局部轉變?yōu)檎w沖擊,沖擊破壞程度嚴重、影響范圍廣。由此提出了深地開采的超應力作用效應,并將巷道破壞劃分為掘進失穩(wěn)型、局部加載型和整體失穩(wěn)型三種。開展了煤樣真三軸超應力作用下加卸載沖擊破壞試驗研究,揭示了深地圍巖對煤層的超應力加載作用及方式。試驗結果表明,不同的應力加卸載路徑下煤樣沖擊破壞具有顯著的時間延遲效應;與三軸壓縮試驗相比,三軸卸壓下煤樣的變形、破壞更加劇烈;圍壓一定的情況下,軸壓達到3倍以上單軸抗壓強度煤樣開始發(fā)生沖擊顯現(xiàn);試樣宏觀破裂面和波速異常豐富區(qū)、微觀裂隙演化和低波速貫通區(qū)形成了較好的對應。提出了孤島工作面整體沖擊失穩(wěn)理論,指出相鄰多個工作面采空區(qū)上覆巖層大范圍的協(xié)同破斷、運動是孤島煤柱沖擊礦壓的主要誘因,自重應力和采空區(qū)覆巖結構傳遞至孤島工作面的應力增量是其主要靜載力源,覆巖亞關鍵層及其所控制巖層的進一步破斷或主關鍵層的破斷運動是其主要動載力源,上述載荷疊加作用下易于誘發(fā)沖擊顯現(xiàn)。開展了工作面開采全過程的數(shù)值試驗,采用應變軟化模型研究了頂板的下沉變形過程和雙屈服模型模擬了采空區(qū)垮落帶巖體的壓實過程,從覆巖破壞臨界塑性應變的角度劃分垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶,揭示出覆巖結構的演化特征是孤島工作面靜載和動載產(chǎn)生的根源,分別從工作面應力分布和地表下沉量、頂板破斷和斷層滑移釋放能量角度,揭示出微震監(jiān)測覆巖結構演化的可能性,進一步可辨識出孤島工作面沖擊礦壓的前兆信息�；诠聧u工作面整體沖擊失穩(wěn)機理,提出了孤島工作面采前沖擊危險預評估機制,并總結了深地孤島工作面沖擊礦壓的監(jiān)測與防治思路。針對山東朝陽煤礦3112和3108工作面開展了工程實踐,從動靜載源頭治理,通過加強高應力區(qū)和應力異常區(qū)的監(jiān)測和防治來減弱靜載應力集中的影響,通過實施人工斷頂和斷層附近爆破措施來弱化動載擾動,現(xiàn)場應用效果顯著。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD324

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本文編號：1309390