矿震诱发巷道冲击地压研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:userpanphilip
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在采矿工程中,矿震产生的动载是诱发巷道冲击地压的一个重要因素,并且造成的巷道破坏程度往往比静载失稳型的冲击地压更为严重。本文针对这一问题,采用现场调研、统计分析、理论研究、相似模拟试验、数值模拟和现场试验相结合的研究方法,研究了矿震诱发巷道冲击地压的发生机制,进而提出矿震诱发巷道冲击地压软化区能量极值判别准则,给出了巷道冲击地压发生的临界软化区能量等指标,系统分析了围岩参量对冲击地压临界指标的影响规律,及围岩软化区外边界矿震波能量和临界软化区能量对巷道快速收缩位移的影响规律,最后,基于矿震诱发巷道冲击地压理论研究,提出巷道抗震防冲设计方法,并在煤矿现场进行了应用。本文主要研究内容如下:(1)分析了矿震发生机制及其特征;自主研发了地表浅埋式WiFi微震实时监测定位系统;通过对典型冲击地压矿井微震数据的统计与分析,得到了矿震震源能量、震源间距和发震时间间隔的分布规律;研究了矿震能量随传播距离的衰减规律,得到了矿震能量与传播距离的关系式;建立了震-冲巷道失稳系统,揭示了矿震能量对于诱发冲击地压的作用。(2)建立了圆形巷道弹塑性软化力学模型,得到了巷道冲击地压发生的围岩软化区能量解析解,提出了巷道冲击地压发生的软化区能量极值判别准则,给出了巷道冲击地压发生的临界软化区能量、临界巷道收缩位移、临界巷道收缩率、临界软化区半径;提出了矿震诱发巷道冲击地压的软化区能量判别准则,将围岩软化区外边界矿震波能量与临界软化区能量的比值定义为统一能量指数,当统一能量指数小于等于1时,没有多余能量释放到巷道,不会诱发巷道冲击地压;当统一能量指数大于1时,则矿震诱发巷道冲击地压。采用自主研发的静动组合两向加载二维试验系统开展了相似模拟试验,并结合数值模拟方法,验证了矿震诱发巷道冲击地压理论研究的正确性和合理性。(3)采用理论与试验相结合的方法,研究了围岩冲击倾向性分类与巷道冲击危险性评价方法,将临界软化区能量和统一能量指数分别作为冲击倾向性与冲击危险性指标,分析得到临界软化区能量越小,冲击倾向性越强;统一能量指数越大,冲击危险性越强;以临界软化区能量和统一能量指数为依据,进行了冲击倾向性分类和冲击危险性等级划分。(4)采用理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了围岩力学性质和结构参数对冲击地压临界指标的影响规律,结果表明,临界软化区能量随着单轴抗压强度和巷道半径的增大而呈指数增加,随着变形模量指数和弹性模量增大而呈指数减小;临界巷道收缩率随着变形模量指数和弹性模量指数的增大而呈指数减小,随着单轴抗压强度的增大而呈线性增加,不随着巷道半径的改变而产生变化;临界软化区半径与巷道半径之比随着变形模量指数的增大而呈指数减小,不随着单轴抗压强度、弹性模量和巷道半径的改变而产生变化。(5)通过理论分析与数值模拟相结合的方法,分析了围岩软化区外边界矿震波能量和临界软化区能量对巷道快速收缩位移的影响规律。研究结果表明,矿震诱发巷道冲击地压时,巷道围岩临界软化区能量越大,巷道快速收缩位移越小,且巷道快速收缩位移随着临界软化区能量的增大而呈现指数下降的趋势;巷道围岩软化区外边界矿震波能量越大,巷道快速收缩位移越大,且巷道快速收缩位移随着软化区外边界矿震波能量的增大而呈线性上升的趋势。(6)提出了通过围岩与支护体系吸能抵抗矿震诱发巷道冲击地压的巷道抗震防冲设计方法,并在耿村煤矿和红阳三矿进行了应用。通过现场应用效果分析,证明了巷道抗震防冲设计方法合理且可靠,对保障煤矿安全高效开采具有重大意义。该论文有图117幅,表35个,参考文献160篇。
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