矿震对巷道的冲击损伤机理及保护层抗震效应研究

发布时间：2017-10-09 10:12

  本文关键词：矿震对巷道的冲击损伤机理及保护层抗震效应研究

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【摘要】：随着我国煤矿开采强度和深度的不断增加,矿井内部发生矿震的数量与强度呈上升趋势,因此,由矿震诱发的巷道型冲击矿压事故危害增加。保护层对矿震起到良好的消弱作用,但其消弱效果并没有进行过细致的研究。针对这种现状,本文采用试验研究、动力学计算、数值模拟及工程案例分析等研究方法,研究了矿震对巷道围岩的冲击破坏机理及保护层的抗震效应,提出了巷道合理的防冲布置方式及巷道冲击危险临界参考值和冲击破坏值的确定方法,主要结论如下:(1)基于能量输入速率与岩石破坏机理和破坏形态的关系,分析了不同能量输入速率下岩石内部微裂隙的活动及破坏形态,结果表明:能量输入速率越大,岩石的破坏形态越剧烈,即矿震能级越大,诱发的巷道冲击越剧烈。(2)通过动力学计算,探究了矿震波在巷道围岩附近形成的动态应力场分布规律,结果表明:随着波长的变短,径向应力场分布由O型向倒D型转变,环向应力场分布由O型向θ型转变。即,当波长较长时,矿震波在巷道周围形成的应力场几乎是均匀场,巷道的破坏具有整体性和突然性;当波长较短时,矿震波在巷道周围产生的动态应力场具有明显的空间性,因此,巷道的破坏具有空间性。(3)通过FLAC2D数值模拟软件,探究了不同能级矿震对巷道的破坏规律以及不同岩性层中的巷道对矿震扰动的响应差异性,并根据煤矿实际矿震发生规律、地质条件和巷道需求提出了巷道合理的防冲布置方式及巷道冲击危险临界参考值和冲击破坏值的确定方法,结果表明:矿震能级越强,对巷道的冲击破坏越严重,以本次模拟为例,矿震能级由105J到106J加载变化过程中,巷道承载力逐渐失稳;岩石的自稳能力越强,其抗冲击能力越强,所以岩巷的抗冲击能力大于煤巷,然而岩巷的蓄能强于煤巷;因此,需要综合考虑巷道使用需求、矿震规律和地质条件确定巷道的合理布置方式。(4)通过FLAC2D数值模拟软件,探究了矿震对保护层结构下巷道的作用规律,得到了保护层的抗震效应规律。结果表明:保护层结构对巷道具有良好的防冲保护作用,以3m厚度的保护层为例,矿震波经过保护层后衰减了3个能级;但矿震能级越大,对保护层下巷道的影响越剧烈,因此出于安全考虑,巷道尽量布置在保护层结构下,但也应该加强冲击监测,必要时进行解危处理。(5)结合现场实际工程案例,以巨野矿区赵楼煤矿一次强矿震诱冲案例和矿震累计扰动对巷道的破坏规律为研究对象,探究了赵楼煤矿强矿震诱冲特征和实际冲击破坏值的合理选取原则及巷道的合理布置方式。该论文有图50幅,表10个,参考文献105篇。
【关键词】：矿震 冲击矿压 巷道冲击 保护层
【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】：TD324
【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17-19
• 1.2 研究现状综述19-23
• 1.3 主要研究内容23-24
• 1.4 研究方法24-25
• 1.5 研究路线25-26
• 2 动力扰动对岩石破坏形态的试验研究26-35
• 2.1 引言26
• 2.2 试验目的、内容及方案26-28
• 2.3 能量的输入速率与岩石的声发射特征28-33
• 2.4 能量的输入速率与岩石的破坏形态33-34
• 2.5 小结34-35
• 3 矿震波对巷道破坏形态的力学分析35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 矿震波的力学特性35-40
• 3.3 矿震波对巷道的破坏性分析40-42
• 3.4 小结42-43
• 4 矿震对巷道冲击破坏的规律研究43-61
• 4.1 引言43
• 4.2 数值模型的建立43-46
• 4.3 不同能级矿震对巷道破坏的规律分析46-54
• 4.4 不同岩性层中的巷道对矿震冲击的响应差异分析54-58
• 4.5 锚杆对巷道的控制作用分析58-60
• 4.6 小结60-61
• 5 保护层抗震效应分析61-69
• 5.1 引言61
• 5.2 保护层上方矿震产生原因分析61-62
• 5.3 保护层对矿震波能量耗散机理分析62-64
• 5.4 保护层矿震效应分析64-66
• 5.5 不同能级矿震对保护层下巷道破坏的规律分析66-68
• 5.6 小结68-69
• 6 案例分析69-76
• 6.1 一次强矿震诱发冲击实例69-73
• 6.2 矿震影响下巷道布置实例73-76
• 7 主要结论76-78
• 参考文献78-83
• 作者简历83-85
• 学位论文数据集85

【参考文献】

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1 ;Prevention and forecasting of rock burst hazards in coal mines[J];Mining Science and Technology;2009年05期

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本文编号：999594