煤层采掘应力路径下断层活化过程的力—声—变形演化规律实验研究
发布时间：2021-06-23 22:44
断层不连续结构控制着煤岩变形、破坏及力学性质,该结构与煤层采掘活动之间的相互作用是影响断层活化的关键。论文针对煤矿采掘活动作用下断层活化诱发冲击地压的监测预警难题,把实验设计煤层采掘应力路径并再现断层活化过程作为研究特色;首先,围绕煤层采掘活动诱发断层活化过程的“断层、采动应力、矿震动载”三个关键因素,抽象出采动应力主导型断层活化和矿震主导型断层活化两种类型;然后,以现场调研与理论分析为指导、室内物理实验为核心,依托真三轴加卸载动静组合试验、基于声发射系统的声波被动CT探测、以及基于高速摄像系统的非接触式数字照相量测三项关键技术,依次开展了煤层采掘应力路径下断层活化过程的实验设计与理论数值仿真、双轴断面加卸载实验、真三轴断面瞬间卸载实验和双轴动静组合加载实验四项主要研究内容,以期揭示煤层采掘应力路径下断层活化过程的力-声-变形演化规律。断面试样加卸载实验结果表明:加卸载初期,垂直应力短暂上升触发断面滑移,后期滑移与试样损伤破坏相伴相随,产生近似垂直于断面的等效劈裂破坏,直至进入黏滑失稳状态、并延续至实验结束;断面试样在整体滑移失稳前,振铃计数急剧上升,可作为断层活化的前兆信息;声发射事...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线
硕士学位论文10ftantan（2-8）另外，需要指出的是，合应力为如图2-1所示方向时，tan的数值为正。因此断层解锁模式又分为：（1），断层向下解锁滑移；（2）tantanf，断层向上解锁滑移。由式2-6可以得到如图2-2所示的tan随和变化的曲线，。由图可知，断层解锁与否与断层倾角、断层面摩擦角f和侧压系数有关[88]，因此论文在进行实验方案设计时考虑到了侧压系数对于实验结果的影响。图2-2断层解锁与闭锁力学关系Figure2-2Mehcanicalrelationshipbetweenfaultunlockingandlocking利用仿真平台实现了采掘扰动应力路径下断层活化的加卸载动静组合实验，如图2-3所示。其中图2-3（a）为动静组合实验仿真结果，图中左上角为双轴加载示意图，实验分为3个阶段（如图中底部的描述）：第1阶段，在3方向施加一应力常数5MPa，1方向以0.1MPa/s的速度加载；第2阶段，3方向保持5MPa压力不变，700s时刻在1方向叠加一大小为10sin0.1t的正弦应力波；第3阶段，上述加载条件保持不变，并于1000s时刻在3方向叠加一大小为10sin0.1t的正弦应力波。图2-3（b）和图2-3（c）分别为含断面煤岩体加卸载仿真结果与瞬间卸载仿真结果。Rtantanf
2煤层采掘应力路径下断层活化实验设计11（a）含断面煤岩体带围压加载动静组合仿真结果（b）含断面煤岩体加卸载仿真结果（c）含断面煤岩体瞬间卸载仿真结果图2-3断层活化加卸载动静组合仿真实验Figure2-3Dynamicandstaticsimulationexperimentoffaultactivationloadingandunloading2.1.2含断面试样的加卸载实验方案针对采动应力主导型断层活化，以正断层为研究对象，设计了含断面试样的加卸载实验，为更直观地观察实验过程中断面滑移破坏的细节，实验设计为双轴实验，即通过X和Z轴实现加卸载，将断面裸露，同时将高速摄像机置于Y后方向与试样合适的距离处，以便实时监测纪录断面的滑移状态。考虑实验夹具的尺寸，试样尺寸全部加工为75×75×100mm，断面倾角为45°，断面使用云石胶与石英砂的混合物粘结，为降低断面差异对于实验结果的影响，每个试样粘结时保证混合物比例一直，且断面厚度基本一致。设计了两组对照试验A、B，其区别在于A组实验在上盘卸载，而B组实验在下盘卸载，分别对应现场工作面位于上盘开采和下盘开采的情况；为充分考虑现场煤层采掘活动引起的加卸载速率比不同的客观事实，每组实验试样的加卸载速率比依次取1∶1、1∶1.5和1∶2，且采用位移加卸载，实验方案及试样规格见表2-1。表2-1加卸载实验方案及试样规格Table2-1Loadingandunloadingexperimentalschemeandsamplespecification实验分组试样编号长/mm宽/mm高/mm应力值/MPa加卸载速率/mm/sX轴Z轴加载（Z轴）卸载（X轴）
本文编号：3245802
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
研究技术路线
硕士学位论文10ftantan（2-8）另外，需要指出的是，合应力为如图2-1所示方向时，tan的数值为正。因此断层解锁模式又分为：（1），断层向下解锁滑移；（2）tantanf，断层向上解锁滑移。由式2-6可以得到如图2-2所示的tan随和变化的曲线，。由图可知，断层解锁与否与断层倾角、断层面摩擦角f和侧压系数有关[88]，因此论文在进行实验方案设计时考虑到了侧压系数对于实验结果的影响。图2-2断层解锁与闭锁力学关系Figure2-2Mehcanicalrelationshipbetweenfaultunlockingandlocking利用仿真平台实现了采掘扰动应力路径下断层活化的加卸载动静组合实验，如图2-3所示。其中图2-3（a）为动静组合实验仿真结果，图中左上角为双轴加载示意图，实验分为3个阶段（如图中底部的描述）：第1阶段，在3方向施加一应力常数5MPa，1方向以0.1MPa/s的速度加载；第2阶段，3方向保持5MPa压力不变，700s时刻在1方向叠加一大小为10sin0.1t的正弦应力波；第3阶段，上述加载条件保持不变，并于1000s时刻在3方向叠加一大小为10sin0.1t的正弦应力波。图2-3（b）和图2-3（c）分别为含断面煤岩体加卸载仿真结果与瞬间卸载仿真结果。Rtantanf
2煤层采掘应力路径下断层活化实验设计11（a）含断面煤岩体带围压加载动静组合仿真结果（b）含断面煤岩体加卸载仿真结果（c）含断面煤岩体瞬间卸载仿真结果图2-3断层活化加卸载动静组合仿真实验Figure2-3Dynamicandstaticsimulationexperimentoffaultactivationloadingandunloading2.1.2含断面试样的加卸载实验方案针对采动应力主导型断层活化，以正断层为研究对象，设计了含断面试样的加卸载实验，为更直观地观察实验过程中断面滑移破坏的细节，实验设计为双轴实验，即通过X和Z轴实现加卸载，将断面裸露，同时将高速摄像机置于Y后方向与试样合适的距离处，以便实时监测纪录断面的滑移状态。考虑实验夹具的尺寸，试样尺寸全部加工为75×75×100mm，断面倾角为45°，断面使用云石胶与石英砂的混合物粘结，为降低断面差异对于实验结果的影响，每个试样粘结时保证混合物比例一直，且断面厚度基本一致。设计了两组对照试验A、B，其区别在于A组实验在上盘卸载，而B组实验在下盘卸载，分别对应现场工作面位于上盘开采和下盘开采的情况；为充分考虑现场煤层采掘活动引起的加卸载速率比不同的客观事实，每组实验试样的加卸载速率比依次取1∶1、1∶1.5和1∶2，且采用位移加卸载，实验方案及试样规格见表2-1。表2-1加卸载实验方案及试样规格Table2-1Loadingandunloadingexperimentalschemeandsamplespecification实验分组试样编号长/mm宽/mm高/mm应力值/MPa加卸载速率/mm/sX轴Z轴加载（Z轴）卸载（X轴）
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