采动应力场下地质弱面张剪活化诱冲机制及防治研究
发布时间：2023-02-19 10:52
煤岩巷交界面、断层弱面、煤层分叉线等地质弱面在采动应力场下不仅会发生张拉离层还会发生剪切滑移,进而诱发冲击地压灾害,针对此问题本文综合运用现场调研、理论分析、实验室试验、数值模拟等方法,对地质弱面张剪活化诱冲显现特征、采动应力场分布特征、岩石剪切摩擦致震机制、断层地质弱面对采动应力场响应规律等进行了系统研究,研究发现:(1)采动应力场下煤岩巷交界面、断层面、煤层分叉线等地质弱面的存在使围岩冲击危险性升高岩层自重应力场、构造应力场、采掘应力重分布、矿震应力波扰动是采动应力场的主要组成部分。岩层自重应力场下,煤岩体承载应力大小与埋深成正比关系,垂直应力为最大主应力;构造应力场由地壳构造运动引发,在地质构造周边存在残余构造应力,构造应力有明显方向性,根据Anderson断层构造理论,正断层构造周边岩体,垂直应力为最大主应力,断层倾角通常为5565°,平移断层、逆断层周边岩体,水平应力为最大主应力,平移断层倾角较大,通常为7090°,逆断层倾角较小,通常为2535°,平移断层和逆断层周边构造应力相对正断层高;采掘扰动应力重分布与...
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冲击地压研究现状
1.2.2 地质弱面张剪活化诱冲研究
1.3 目前研究存在的问题
1.4 论文主要研究内容、方法及路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法及路线
2 地质弱面张剪活化诱发冲击地压案例分析
2.1 邻煤岩交界弱面冲击地压显现
2.1.1 张双楼矿西一采区概况
2.1.2 上山集中巷冲击破坏情况
2.1.3 上山集中巷冲击诱因分析
2.2 临断层弱面冲击地压显现
2.2.1 跃进矿25110工作面概况
2.2.2 工作面冲击破坏情况
2.2.3 工作面冲击诱因分析
2.3 临煤层分叉线弱面冲击地压显现
2.3.1 赵楼矿1305工作面概况
2.3.2 工作面冲击破坏情况
2.3.3 工作面冲击诱因分析
2.4 本章小结
3 采动应力场下地质弱面张剪活化力学机制
3.1 煤岩采动应力场构成
3.1.1 岩层自重应力场
3.1.2 构造应力场
3.1.3 采掘应力重分布
3.1.4 矿震应力波扰动
3.2 地质弱面剪切摩擦力学过程
3.2.1 岩石剪切摩擦
3.2.2 岩石粘滑致震机制
3.3 采动诱发地质弱面张剪活化分析
3.3.1 采动诱发地质弱面张剪活化过程
3.3.2 远场采动诱发地质弱面剪切活化
3.3.3 近场采动诱发地质弱面张剪活化
3.4 矿震扰动对地质弱面张剪活化影响
3.4.1 矿震对应力大小影响
3.4.2 矿震对应力方向影响
3.5 本章小结
4 煤岩组合结构张剪活化规律及验证
4.1 煤岩基本力学参数测定
4.1.1 煤岩基本力学参数
4.1.2 煤岩基本力学参数测定结果
4.2 煤岩组合结构试验
4.2.1 煤岩剪切摩擦试验
4.2.2 煤岩组合结构试验
4.3 煤岩组合结构试验结果分析
4.3.1 采动引发整体载荷扰动
4.3.2 采动引发断层面附近围岩应变扰动
4.3.3 采动引发煤岩震动
4.4 现场矿震数据统计分析
4.4.1 矿震频次能量变化
4.4.2 矿震波形频谱分析
4.4.3 矿震震源空间位置演化
4.5 临断层面开采相似模拟试验
4.5.1 相似模型搭建
4.5.2 试验结果分析
4.6 本章小结
5 矿震应力波扰动下煤岩力学响应分析
5.1 开采扰动分类
5.1.1 静载荷扰动
5.1.2 动载荷扰动
5.2 地质弱面及煤岩本构模型
5.2.1 地质弱面本构模型
5.2.2 煤岩本构模型
5.2.3 动态分析模型
5.3 数值模拟方案
5.3.1 实际生产地质条件
5.3.2 数值模型构建
5.4 静载扰动下煤岩响应特征
5.4.1 静载开挖围岩应力响应特征
5.4.2 静载开挖断层面响应特征
5.5 动载扰动下煤岩响应特征
5.5.1 动载扰动源
5.5.2 动载扰动断层面应力响应特征
5.5.3 动载扰动断层面位移响应特征
5.6 本章小结
6 地质弱面张剪活化诱发冲击地压防治
6.1 冲击地压防治方法
6.1.1 冲击地压防治一般流程
6.1.2 冲击地压危险预评估
6.1.3 冲击地压区域防治方法
6.1.4 冲击地压监测预警方法
6.1.5 冲击地压解危方法
6.1.6 冲击地压解危效果检验
6.2 赵楼矿邻断层综放工作面冲击地压防治
6.2.1 工作面概况
6.2.2 工作面冲击危险评估
6.2.3 工作面冲击地压防治措施
6.2.4 工作面冲击地压防治效果
6.3 朱集西临断层综采工作面冲击地压防治
6.3.1 工作面概况
6.3.2 工作面冲击危险评估
6.3.3 工作面冲击地压防治措施
6.3.4 工作面冲击地压防治效果
6.4 本章小结
7 结论
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望与不足
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3746083
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冲击地压研究现状
1.2.2 地质弱面张剪活化诱冲研究
1.3 目前研究存在的问题
1.4 论文主要研究内容、方法及路线
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法及路线
2 地质弱面张剪活化诱发冲击地压案例分析
2.1 邻煤岩交界弱面冲击地压显现
2.1.1 张双楼矿西一采区概况
2.1.2 上山集中巷冲击破坏情况
2.1.3 上山集中巷冲击诱因分析
2.2 临断层弱面冲击地压显现
2.2.1 跃进矿25110工作面概况
2.2.2 工作面冲击破坏情况
2.2.3 工作面冲击诱因分析
2.3 临煤层分叉线弱面冲击地压显现
2.3.1 赵楼矿1305工作面概况
2.3.2 工作面冲击破坏情况
2.3.3 工作面冲击诱因分析
2.4 本章小结
3 采动应力场下地质弱面张剪活化力学机制
3.1 煤岩采动应力场构成
3.1.1 岩层自重应力场
3.1.2 构造应力场
3.1.3 采掘应力重分布
3.1.4 矿震应力波扰动
3.2 地质弱面剪切摩擦力学过程
3.2.1 岩石剪切摩擦
3.2.2 岩石粘滑致震机制
3.3 采动诱发地质弱面张剪活化分析
3.3.1 采动诱发地质弱面张剪活化过程
3.3.2 远场采动诱发地质弱面剪切活化
3.3.3 近场采动诱发地质弱面张剪活化
3.4 矿震扰动对地质弱面张剪活化影响
3.4.1 矿震对应力大小影响
3.4.2 矿震对应力方向影响
3.5 本章小结
4 煤岩组合结构张剪活化规律及验证
4.1 煤岩基本力学参数测定
4.1.1 煤岩基本力学参数
4.1.2 煤岩基本力学参数测定结果
4.2 煤岩组合结构试验
4.2.1 煤岩剪切摩擦试验
4.2.2 煤岩组合结构试验
4.3 煤岩组合结构试验结果分析
4.3.1 采动引发整体载荷扰动
4.3.2 采动引发断层面附近围岩应变扰动
4.3.3 采动引发煤岩震动
4.4 现场矿震数据统计分析
4.4.1 矿震频次能量变化
4.4.2 矿震波形频谱分析
4.4.3 矿震震源空间位置演化
4.5 临断层面开采相似模拟试验
4.5.1 相似模型搭建
4.5.2 试验结果分析
4.6 本章小结
5 矿震应力波扰动下煤岩力学响应分析
5.1 开采扰动分类
5.1.1 静载荷扰动
5.1.2 动载荷扰动
5.2 地质弱面及煤岩本构模型
5.2.1 地质弱面本构模型
5.2.2 煤岩本构模型
5.2.3 动态分析模型
5.3 数值模拟方案
5.3.1 实际生产地质条件
5.3.2 数值模型构建
5.4 静载扰动下煤岩响应特征
5.4.1 静载开挖围岩应力响应特征
5.4.2 静载开挖断层面响应特征
5.5 动载扰动下煤岩响应特征
5.5.1 动载扰动源
5.5.2 动载扰动断层面应力响应特征
5.5.3 动载扰动断层面位移响应特征
5.6 本章小结
6 地质弱面张剪活化诱发冲击地压防治
6.1 冲击地压防治方法
6.1.1 冲击地压防治一般流程
6.1.2 冲击地压危险预评估
6.1.3 冲击地压区域防治方法
6.1.4 冲击地压监测预警方法
6.1.5 冲击地压解危方法
6.1.6 冲击地压解危效果检验
6.2 赵楼矿邻断层综放工作面冲击地压防治
6.2.1 工作面概况
6.2.2 工作面冲击危险评估
6.2.3 工作面冲击地压防治措施
6.2.4 工作面冲击地压防治效果
6.3 朱集西临断层综采工作面冲击地压防治
6.3.1 工作面概况
6.3.2 工作面冲击危险评估
6.3.3 工作面冲击地压防治措施
6.3.4 工作面冲击地压防治效果
6.4 本章小结
7 结论
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 展望与不足
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3746083
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