煤矿巷道底板冲击地压发生机理与控制研究

发布时间：2017-09-22 16:46

  本文关键词：煤矿巷道底板冲击地压发生机理与控制研究

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【摘要】：底板冲击地压作为冲击地压的一种表现形式在冲击地压矿井频繁发生而目前对于底板冲击地压的机理研究、针对性防治措施较为匮乏。论文依据大量底板冲击地压实例,归纳总结了底板冲击地压发生特点,在此基础上建立底板冲击地压的层裂结构破坏模型和底板-两帮工程结构模型。通过数值模拟研究,分析了底板冲击地压的各种诱发因素,以此确定了针对底板冲击地压的卸固耦合治理方案,并在现场进行了实际测试。论文主要形成了以下研究成果：1)巷道底板层裂结构的稳定性主要取决于底板层裂结构的临界应力值和作用在底板上的动静载荷值的相对大小关系,该临界应力值正比于底板层裂结构的弹性模量和底板层裂结构的厚度的平方,而与底板层裂结构跨度的平方成反比；底板冲击破坏后产生的底板挠曲变形将导致巷道两帮的破坏,由此引发巷道围岩的整体失稳。2)诱发巷道底板冲击地压的主要因素是：底板所在煤岩层构造应力的大小、巷道底煤厚度的大小、巷道底板煤岩体的坚硬程度、两帮的侧向支承压力大小、动载荷强度等；在一定的地质条件和动力扰动下,存在易发生底板冲击地压的底板弹性模量临界值范围；随着巷道侧向支承压力的增加冲击显现强度呈非线性增加；当应力波振幅增大时,巷道底板发生冲击地压的危险性大为上升。3)在采取底板冲击地压的卸固耦合措施时,应将底角爆破区间置于巷帮支护体的正下方并包含底板水平应力峰值区；底板支护时,应尽可能加大锚索预紧力。4)现场工业试验证明,卸固耦合治理措施可以有效地改善巷道底板煤岩层的应力分布状态,增强底板层裂结构的承载能力,对防治煤矿巷道底板冲击地压具有很好的适用性。
【关键词】：煤矿巷道 底板冲击地压 发生机理 卸固耦合 数值模拟
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD324
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-20
• 1.1 研究问题的提出8-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 冲击地压机理研究现状10-14
• 1.2.2 冲击地压解危措施研究现状14-15
• 1.2.3 底板冲击地压研究现状15-17
• 1.3 研究内容17
• 1.4 研究方法和技术路线17-20
• 2 巷道底板冲击地压发生机理研究20-26
• 2.1 巷道底板层裂结构稳定性的理论分析20-22
• 2.2 底板冲击地压对巷道围岩整体的破坏机理22-25
• 2.3 小结25-26
• 3 底板冲击地压主要影响因素分析26-40
• 3.1 影响底板冲击地压的主要因素26-27
• 3.2 底板煤岩体弹性模量对底板冲击地压的影响机制27-35
• 3.2.1 模型建立27-28
• 3.2.2 本构模型的选择28-29
• 3.2.3 动力分析设置29-32
• 3.2.4 模拟方案32
• 3.2.5 模拟结果分析32-35
• 3.3 两帮侧向支承压力对底板冲击地压的影响35-37
• 3.4 应力波强度对底板冲击地压的影响37-38
• 3.4.1 模拟方案37
• 3.4.2 模拟结果分析37-38
• 3.5 小结38-40
• 4 底板冲击地压的卸固耦合防治技术研究40-70
• 4.1 爆破区间对底板冲击地压的影响41-50
• 4.1.1 底角爆破区间与支承压力峰值区的位置关系42-47
• 4.1.2 底角爆破区间与底板水平应力峰值区的位置关系47-50
• 4.2 底板锚固对底板冲击地压的控制效果50-57
• 4.2.1 锚索预应力对底板冲击地压的影响51-55
• 4.2.2 锚索长度对底板冲击地压的影响55-57
• 4.3 底板注浆对底板冲击地压的控制效果57-63
• 4.3.1 注浆区起始端深度对底板冲击地压的影响58-61
• 4.3.2 注浆区终止端深度对底板冲击地压的影响61-63
• 4.4 底板锚注对底板冲击地压的作用研究63-65
• 4.5 卸固耦合治理措施对底板冲击地压的作用65-68
• 4.6 小结68-70
• 5 古山矿巷道底板冲击控制的实证研究70-81
• 5.1 矿井概况70-71
• 5.2 古山煤矿冲击地压灾害介绍71-73
• 5.3 巷道底板卸固耦合治理措施的防冲试验73-81
• 5.3.1 深孔区间爆破方案73-75
• 5.3.2 底板锚注方案75-81
• 6 结论及展望81-83
• 6.1 主要结论81-82
• 6.2 展望82-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间参加科研项目及发表论文情况88-89
• 致谢89

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本文编号：901958