巷道底板冲击的尖点突变模型及判据

发布时间：2020-03-29 00:47

【摘要】：巷道底板冲击作为煤岩动力灾害的一种常见类型,对安全生产造成威胁。本文分析了水平应力、物理及力学参数对底板冲击破坏的影响规律,研究得到了巷道底板破坏的力学判据。根据尖点突变理论建立了巷道底板的突变模型,得到了巷道底板冲击的尖点突变判别准则,并分析了突变模型中巷道底板水平应力和位移参量对突变状态的影响规律,划分了判别巷道底板冲击的4个危险等级,通过改变巷道围岩物理力学属性及控制应力水平的方式,提出了巷道底板冲击防治技术措施,并在工程实践中进行了应用。本文取得的主要结论如下:(1)分析了底板水平应力和底板岩性等对巷道底板破坏的影响规律,得到了巷道底板破坏的力学机理及临界条件,得出底板水平应力是由构造水平应力及帮部煤体支承应力的转化叠加而成,当底板水平应力超过巷道底板破坏的临界水平应力,即σx≥σx0时,就可引起底板的破坏。(2)将巷道底板由于内层对外层粘结力的底板板梁模型,受力后形成的弯曲结构势能等效为正弦函数形式,建立了巷道底板冲击势能的突变模型,分析了突变模型中巷道底板冲击失稳状态的演化规律,基于尖点突变理论对巷道底板冲击力学模型进行了分析,得到了巷道底板冲击的充要条件为：(?)基于影响巷道底板冲击的主控因素分析,得到了尖点突变模型中由巷道宽度a、底板弹性模量E和底板水平应力σx构成的底板冲击判识曲面,巷道底板破坏状态可划分为稳定平衡区和突变冲击区。3个主控因素对底板破坏状态的影响规律为:当巷道宽度a一定时,底板冲击破坏的临界水平应力σx随着底板弹性模量E增加而增加;当巷道弹性模量E 一定时,冲击破坏的临界水平应力σx随着巷道宽度a增加而减小。(3)基于巷道底板冲击破坏临界条件构建了 FLAC3D数值模型,分析了巷道宽度a、底板弹性模量E和底板水平应力σx与底板位移的相互影响关系,得到了在巷道底板冲击破坏临界条件下,底板位移与底板宽度为负相关关系,与底板弹性模量为正相关关系。(4)基于巷道底板破坏突变准则及各个控制参量之间的相互关系,得到了以底板水平应力、底板位移和底板弹性模量为指标的冲击危险三维判识曲面模型及判识准则,并将判识曲面模型划分为无危险、弱危险、中等危险和强危险4个危险区域,用于判识巷道底板冲击危险性。通过采用微震监测、CT反演和钻屑监测等方法对郭家河煤矿1307工作面巷道围岩应力水平进行了实测分析,根据巷道底板冲击危险三维判识曲面模型及判识准则,对巷道底板冲击危险性进行了判识,并根据影响底板冲击危险的主控因素分析,采用底板卸压等方式有效降低了底板冲击危险性。
【图文】：

工作面布置,巷道,底板

图 1-1 工作面布置图Figure 1-1 Layout of work surface前对于巷道底板冲击的研究相对较少，还没有完整的理。仅仅通过加强巷道支护手段来控制巷道底板冲击的技术太高。因此对于巷道底板冲击的治理还需要通过提前监测

影响图,底鼓,岩性对,底板水

（a）水平应力对底鼓影响（b）岩性对底鼓影响图 2-4 底板水平应力和岩性对采动巷道底鼓特征的影响Figure 2-4 The influence of the horizontal stress and lithology of the floor on the characteristics ofthe bottom drums of the roadway图 2-4 表明水平应力和底板岩性是巷道底鼓的主要影响因素，因此治理巷道
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD324

【参考文献】