巷道掘进工作面超前应力峰值位置探测技术

发布时间：2017-07-26 20:28

  本文关键词：巷道掘进工作面超前应力峰值位置探测技术

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【摘要】：随着我国煤矿逐渐进入深井开采模式,井下空间煤岩体应力分布变化越来越复杂,由采掘作业引起的煤岩动力灾害现象也日趋严重。由于地应力在采掘作业过程中动态变化,实现地应力连续探测难度较大,长期以来地应力都不能作为突出危险性预测的指标,致使常规的预测技术存在缺陷。因此,如何准确并且及时地探测地应力分布特征是亟需解决的问题,有效探测采掘工作面超前应力峰值位置具有十分重要的意义。本文在对国内外弹性波波速预测煤岩动力灾害工程实践与技术成果综合分析的基础上,综合运用理论分析、实验室实验、现场试验及数值模拟的研究方法,重点进行了煤岩体弹性波产生和传播机理的研究、煤岩体单轴加载“应力-波速”关系实验室实验以及现场试验测试,提出采用弹性波手段来主动探测巷道掘进工作面超前应力峰值位置,取得以下结果:(1)通过研究发现,煤岩体弹性波的产生与煤岩体内裂隙、孔隙的生成、扩展与断裂息息相关。(2)实验室单轴加载实验表明:在同一方向上纵波波速和应力的变化趋势是一致的。所以应力、应变和裂隙对波速的影响是同步一致的,纵波波速直接受裂隙数目和发育扩张程度的影响,反映在应力、应变与波速的变化关系上。(3)构建了掘进工作面钻孔波速分布特征数学模型,通过波速分布特征反演掘进头前方应力分布特征,在现场试验中测得波速在掘进工作面超前5-7.5m最大,可判定掘进工作面前方5-7.5m处为应力集中区域。测试结果与传统方法对比后具有高度的一致性,表明利用弹性波波速探测掘进工作面峰值位置具有一定的可行性与准确性。(4)根据现场测试结果与实际进尺情况提出循环进尺判据:即二分之一准则,建议一次进尺的长度不要超过应力集中峰值位置的二分之一,或者始终保持有3m以上的超前卸压带。有效探测采掘工作面超前应力峰值位置具有十分重要的意义。本文提出采用弹性波手段来主动探测巷道掘进工作面超前应力峰值位置,以期为预防煤岩动力灾害事故提供支持。
【关键词】：弹性波 波速 巷道超前应力 峰值位置
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD32
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 变量注释表16-17
• 1 绪论17-26
• 1.1 研究背景及意义17-18
• 1.2 国内外研究现状18-23
• 1.3 存在问题23
• 1.4 研究内容23-24
• 1.5 研究思路24
• 1.6 研究工作进展24-26
• 2 煤岩体弹性波的基础理论26-32
• 2.1 煤岩体弹性波产生机理26-27
• 2.2 煤岩体弹性波的传播规律27-29
• 2.3 煤岩体弹性波的衰减29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 超前应力峰值位置与煤巷进尺的关系研究32-41
• 3.1 FLAC 3D软件简介32
• 3.2 数值模型建立32-33
• 3.3 数值模拟分析33-37
• 3.4 应力峰值位置与煤巷进尺的关系分析37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 受载煤岩体“应力-波速”关系的实验研究41-53
• 4.1 实验准备41-45
• 4.2 实验内容与方案45
• 4.3 单轴加载条件下纵波波速与应力、应变关系的研究45-49
• 4.4 单轴循环加载条件下纵波波速与应力、应变关系的研究49-51
• 4.5 本章小结51-53
• 5 掘进工作面超前应力峰值位置探测试验53-78
• 5.1 现场概况53-56
• 5.2 空芯包体应力计测试试验56-67
• 5.3 掘进头弹性波波速测试试验67-76
• 5.4 基于超前应力峰值位置的掘进进尺判据76-77
• 5.5 本章小结77-78
• 6 结论与展望78-80
• 6.1 主要结论78-79
• 6.2 创新点79
• 6.3 研究展望79-80
• 参考文献80-84
• 作者简历84-86
• 学位论文数据集86

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