本文關(guān)鍵詞：斷層型沖擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理及其監(jiān)測預(yù)警研究

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【摘要】：沖擊礦壓是煤礦煤巖動力災(zāi)害之一,主要發(fā)生在煤柱高應(yīng)力區(qū)、堅(jiān)硬頂板工作面、斷層帶附近和褶曲構(gòu)造區(qū),其中斷層帶附近的沖擊礦壓較為復(fù)雜和嚴(yán)重。論文綜合采用理論分析、數(shù)值仿真、物理力學(xué)試驗(yàn)、相似模擬試驗(yàn)、數(shù)值試驗(yàn)與工程實(shí)踐等手段,對斷層沖擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理、多尺度前兆信息識別、微震多參量時(shí)空監(jiān)測預(yù)警、及其監(jiān)測與防治工程實(shí)踐的理論與技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。試驗(yàn)、理論及數(shù)值仿真結(jié)果表明:靜載作用下的斷層活化存在上行和下行解鎖兩種形式,并與斷層摩擦系數(shù)、傾角、圍巖強(qiáng)度等特征參數(shù)以及側(cè)壓系數(shù)密切相關(guān),純靜載作用下的斷層一般處于閉鎖狀態(tài),且以斷層圍巖產(chǎn)生等效劈裂破壞為主;動載作用下的斷層容易在某一時(shí)刻產(chǎn)生超低摩擦效應(yīng),并且最小主應(yīng)力方向的動載應(yīng)力波擾動作用比最大主應(yīng)力方向更為顯著,不僅更容易改變斷層的受力狀態(tài)及其活動進(jìn)程進(jìn)而引起斷層活化,而且還可觸發(fā)比預(yù)期應(yīng)力降更大的錯(cuò)動;斷層區(qū)域頂板的承載能力大大減弱,且工作面在上盤開采時(shí)的承載能力要強(qiáng)于下盤開采,同時(shí)頂板破斷過程中產(chǎn)生的“反彈”和“壓縮”效應(yīng)以及動載應(yīng)力波對斷層應(yīng)力狀態(tài)的改變產(chǎn)生影響;頂板砌體梁結(jié)構(gòu)存在時(shí)斷層煤柱上極限應(yīng)力可達(dá)7.93倍的頂板單軸抗壓強(qiáng)度,足夠使煤柱瞬間發(fā)生失穩(wěn)破壞。研究提出了“一擾動,兩載荷,三對象,四類型”的斷層沖擊礦壓動靜載疊加作用機(jī)理,指出斷層帶附近的沖擊礦壓是煤礦采掘活動擾動引起,是由斷層和頂板相互作用產(chǎn)生的動載與煤柱靜載兩種載荷疊加誘發(fā),是斷層、頂板和煤柱相互作用的結(jié)果,具體存在斷層活化型、頂板破斷失穩(wěn)型、煤柱破壞型和耦合失穩(wěn)型四種。建立了非均質(zhì)應(yīng)變損傷軟化本構(gòu)模型,開展了非均質(zhì)煤巖材料的聲發(fā)射數(shù)值試驗(yàn),揭示出材料的非均質(zhì)性是煤巖體破壞之前產(chǎn)生前兆的根源;分別從小尺度實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)煤巖樣和中尺度相似材料模型的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)以及大尺度礦山開采的微震監(jiān)測角度,辨識出斷層沖擊礦壓的前兆信息,進(jìn)一步結(jié)合沖擊礦壓存在前兆信息的力學(xué)基礎(chǔ),揭示出微震監(jiān)測預(yù)警斷層沖擊礦壓的可行性。構(gòu)建了“一中心,四變化,五指標(biāo)”的微震多參量時(shí)空監(jiān)測預(yù)警體系指導(dǎo)思想,指出斷層沖擊礦壓的微震多參量監(jiān)測應(yīng)以沖擊礦壓存在前兆的根源—煤巖材料的非均質(zhì)性為中心,監(jiān)測內(nèi)因—煤巖變形的局部化、外因—煤巖體內(nèi)地球物理場變化、損傷與能量釋放的周期變化和震源機(jī)制變化四種前兆信息,包括微震活動性多維信息、周圍環(huán)境介質(zhì)特性信息、變形能孕育過程信息、非線性混沌分形信息和震源機(jī)制—波形信息五類指標(biāo)�；跀鄬記_擊礦壓的動靜載疊加誘發(fā)原理,總結(jié)了斷層沖擊礦壓的監(jiān)測與防治思路,具體針對河南義馬躍進(jìn)煤礦和甘肅寶積山煤礦特殊的地質(zhì)與開采技術(shù)條件,開展了斷層沖擊礦壓的監(jiān)測與防治工程實(shí)踐,應(yīng)用效果顯著。
【關(guān)鍵詞】：斷層 沖擊礦壓 動靜載疊加 微震 多參量 監(jiān)測預(yù)警 多尺度
【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】：2015
【分類號】：TD324
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-27
• 變量注釋表27-29
• 1 緒論29-43
• 1.1 研究背景及意義29-33
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀33-40
• 1.3 主要研究內(nèi)容及方法40-43
• 2 斷層沖擊礦壓的動靜載疊加作用機(jī)理43-68
• 2.1 斷層沖擊礦壓動靜載作用機(jī)理概念模型43-47
• 2.2 斷層活化的動靜載作用機(jī)理47-55
• 2.3 斷層區(qū)域頂板變形破斷過程的動靜載作用機(jī)理55-59
• 2.4 基于砌體梁結(jié)構(gòu)動靜載作用的斷層煤柱應(yīng)力分析59-66
• 2.5 小結(jié)66-68
• 3 靜載作用下的斷層物理力學(xué)試驗(yàn)68-91
• 3.1 試驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容68-71
• 3.2 不同斷層特征參數(shù)下的應(yīng)力及破裂顯現(xiàn)特征71-79
• 3.3 不同斷層特征參數(shù)下的聲發(fā)射特征79-86
• 3.4 斷層物理力學(xué)試驗(yàn)中的位移變形特征86-89
• 3.5 小結(jié)89-91
• 4 動載作用下的斷層相似模擬試驗(yàn)91-109
• 4.1 相似模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)91-94
• 4.2 動載作用下斷層面的破裂滑移特征94-97
• 4.3 動載作用下斷層面的力學(xué)響應(yīng)特征97-99
• 4.4 動載作用下斷層圍巖的聲發(fā)射響應(yīng)特征99-108
• 4.5 小結(jié)108-109
• 5 斷層沖擊礦壓的多尺度前兆信息識別109-127
• 5.1 沖擊礦壓前兆信息的力學(xué)數(shù)值試驗(yàn)109-118
• 5.2 小尺度巖樣破裂及斷面滑移前兆信息識別118-120
• 5.3 中尺度相似模型斷層失穩(wěn)前兆信息識別120-122
• 5.4 大尺度礦山開采圍巖破裂前兆信息識別122-126
• 5.5 小結(jié)126-127
• 6 斷層沖擊礦壓的微震多參量時(shí)空監(jiān)測預(yù)警127-161
• 6.1 沖擊礦壓的微震多參量時(shí)空監(jiān)測預(yù)警體系127-129
• 6.2 斷層沖擊礦壓的微震活動性多維信息時(shí)空監(jiān)測129-141
• 6.3 斷層沖擊礦壓的沖擊變形能時(shí)空監(jiān)測141-146
• 6.4 斷層沖擊礦壓的震動波速度層析成像監(jiān)測146-154
• 6.5 斷層沖擊礦壓的震源機(jī)制監(jiān)測154-156
• 6.6 斷層沖擊礦壓的非線性分形監(jiān)測156-159
• 6.7 小結(jié)159-161
• 7 斷層沖擊礦壓的監(jiān)測與防治工程實(shí)踐161-179
• 7.1 斷層沖擊礦壓監(jiān)測與防治思路161-162
• 7.2 河南義馬躍進(jìn)煤礦162-173
• 7.3 甘肅寶積山煤礦173-178
• 7.4 小結(jié)178-179
• 8 結(jié)論與展望179-183
• 8.1 研究結(jié)論179-181
• 8.2 創(chuàng)新點(diǎn)181
• 8.3 研究展望181-183
• 參考文獻(xiàn)183-199
• 作者簡歷199-203
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集203

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本文編號：844351