冲击危险性厚煤层采动应力场特征研究

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基于采动应力对冲击地压的显著影响,论文在分析煤岩层冲击危险性评价方法及应力在冲击危险性评价中的作用的基础上,采用数值模拟方法研究冲击危险性厚煤层在不同开采条件下的采动应力场特征,并在国内典型冲击地压矿井进行了实测验证。论文主要内容包括: (1) 总结分析了冲击危险性煤岩层的特点。分析认为,冲击危险性煤层的特点是煤岩体具有冲击倾向性、煤岩体弹性特征显著、积聚弹性能的能力较强,破坏过程迅速而剧烈。 (2) 通过分析煤岩体应力状态与冲击危险性的相关性可知,采动应力对冲击地压的影响是显著的,采动应力场及其特征在煤岩层冲击危险性评价中具有重要的作用。因此,研究煤岩体采动应力的时空演化过程对冲击危险性评价具有重要意义。 (3) 采用有限差分程序FLAC3D对建立的煤层分层开采和综放开采模型进行了采场应力分布和工作面超前支承压力的对比分析。分析结果表明,无论是分层开采还是综放开采,其采动应力场分布规律基本相同,但存在差异。即在分层开采条件下,顶分层开采时的应力集中程度明显大于底分层开采时的应力集中程度;在综放开采条件下,采动应力场影响范围增大,应力集中程度相对降低,采放比对其具有一定的影响。 (4) 采用三维离散元程序3DEC对建立的煤层综放开采模型进行了岩层运动及运动块体垂直应力、水平应力动态演化规律的研究,表明了3DEC在模拟采场围岩应力分布与岩层垮落方面的良好适用性。此外,通过分析认为,在厚煤层条件下,采用综放开采更有利于降低回采工作面煤壁前方的应力集中程度,同时也使采空区岩层应力集中程度得到降低。 (5) 在国内典型的冲击地压矿井进行了采动应力实测研究。对比实测结果与数值计算结果可以看出,它们具有较好的一致性,呈现基本相同的规律。
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