采场覆岩载荷三带结构模型及其在冲击危险辨识中的应用

来源 :北京科技大学 | 被引量 : 14次 | 上传用户:bill119
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作为煤矿的主要动力灾害之一,冲击地压至今尚未从根本上解决有效预测和科学防治的问题。冲击地压的发生机理复杂、影响因素多、治理难度大,本文从"分类分治"的理念出发,提出了以应力与围岩作用关系为基础的冲击危险性辨识方法,在此基础上,提出了"分类分治"的冲击地压防治技术。基于防冲的需要,建立了覆岩载荷三带结构模型,采用理论分析、案例调研、力学计算、现场运用、数值模拟、工程类比等手段,研究了冲击地压的发生机理及主要影响因素,提出了冲击危险性辨识方法,主要的创新性成果如下:1)提出了影响采场冲击地压应力场的覆岩载荷三带结构模型。根据采场边界条件与覆岩结构的关系,按照岩层加载方式的不同,将采场上覆岩层分为"即时加载带"、"延时加载带"和"静载带",并定义了其范围,实现了掘进工作面、单一回采工作面和多个回采工作面覆岩结构特征的连续表达。分析了载荷三带岩层的动态演化及其对冲击危险性的影响。2)建立了典型开采边界条件下的载荷三带应力影响范围估算模型。根据载荷三带岩层在回采过程中的运动规律,计算了 "即时加载带"和"延时加载带"在回采过程中对煤壁施加的超前支承压力和侧向支承压力的大小及分布形式,为进一步分析覆岩运动对采场冲击危险性的影响奠定了基础。3)提出了冲击地压围岩结构类型及其局部稳定性计算方法。分析了深部巷道常见的变形破坏形态,研究了 "巷道-煤层-岩层"的十种空间类型与冲击破坏位置的关系。提出了围岩的两帮稳定性系数IB、顶板稳定性系数ID和底板稳定性系数IF,并利用该系数快速估计巷道局部位置的围岩稳定性,进而判断冲击危险性。4)提出了基于载荷三带应力与围岩作用关系的冲击危险辨识方法。将影响冲击地压的八种典型外部力源类型和十种典型巷道围岩空间关系进行组合,实现对冲击地压的分类;采用应力叠加和载荷三带理论模型,对巷道整体稳定性和局部稳定性进行估算,结合被评价位置的煤岩体冲击倾向性,实现冲击危险性辨识。在此基础上,提出了冲击地压"分类分治"的措施。本文的研究成果已经在山东能源集团逐步推广应用,取得了明显的效果。
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