矿井采空区地下水库抗震性研究
发布时间：2021-11-05 11:47
为研究矿井采空区水库在震动环境下稳定性和安全度的变化情况,以李家壕煤矿为研究背景,通过采用公式推导和实验室相似模拟实验的方法,分析研究地震或其他震动持续存在的情况下,采空区水库各主要部分的稳定性以及安全度的变化情况。由于坝体是支撑采空区水库正常作业的关键部分,因此,着重对坝体在地震作用下的动力响应进行分析,得到坝体在地震情况下的动力响应公式。同时,通过实验室相似模拟实验的研究得出在采空区在震动持续存在的情况下,整个采空区受扰动后安全度的变化情况:随着震动强度的增加,水库整体的安全度降低;且在震源位置已知的条件下,距离震源越近处的安全度越低。
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验模型剖面图
水库模型在实验过程中受到震动是输入的地震波对其进行的加载过程，为了保证实验过程能够还原作业现场环境，保证实验过程的真实可靠性，必须要严格选择入射波形峰值频率、振动时间、振动幅度、波峰波谷以及峰值加速度等参数。EI-Centro地震波的发现于1940年美国的一次山谷地震中，根据该地区地震局现场实测，该地震波的持续时间为53.73 s，最大加速度为341.7 cm/s2，从地质学角度分类，该地震波属于第2类地质场的地震波。李家壕煤矿所处地质环境完全符合第2类地质场要求，因此，按照相应的比例尺选择EI-Centro地震波的参数，且将地震波的按照6度、7度、8度、9度、10度，即烈度的递增进行相似实验。实验模型以及地震波参数确定后，将6个传感器分为3组分别布置在上覆岩层、水库坝体、底板处用于收集实验过程中的各项参数，其中1号、2号传感器布置在上覆岩层，3号、4号传感器布置在水库坝体上，5号、6号传感器布置在底板处。传感器被覆盖于实验模型中，传感器所在的大致位置如图2。2.3 实验结果
根据应变片的布置方式合理选择传感器应力应变信号处理的公式原理，得到被测试点的安全度K计算公式：（τ为剪切应力；σ为正应力；τmax为最大剪切应力；C为黏聚力，N/m2；φ为内摩擦力，（°））。将实验过程中传感器收集的数据通过上述公式转换为安全度，1号～6号测试点不同传感器位置处的安全度见表2，根据表2中各个传感器收集数据绘制的安全度变化折线图如图3。图3表明：随着地震烈度级别的不断增大，采空区整体安全度呈下降趋势，说明剧烈的震动严重威胁着坝体稳定性，从宏观意义上讲，矿震、爆破以及其他采动活动产生的震动对采空区的稳定作用产生干扰甚至破坏，严重威胁井下作业的安全进行；此外，根据不同测试点位置的不同曲线图之间的差异可知，距离震源位置较近的部分，受到的震动冲击波无论频率还是强度都要强于距离震源较远的部分，故受影响强度也是由近及远逐渐降低，从本次实验角度看，位于底板处的传感器距离震源最近，位于上覆岩层处的传感器距离震源最远，位于坝体上的传感器处于上述二者中间，因此在按照地震等级依次发生震动时，底板处震感最为强烈，稳定性破坏程度也是最为严重的，因此安全度最低；坝体部分传感器距离震源稍远，各种威胁破坏较轻，安全度次之；上覆岩层处的传感器距离震源最远，各种威胁破坏最轻，安全度最高；从地下水库整体来看，为保证水库正常安全作业，应合理选择坝体材料尺寸等保证其安全运行的参数，尽量减少震动扰动给井下作业造成的危害。
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂向裂隙各向异性煤层地震波响应[J]. 李勤,李永博,李庆春. 地球物理学报. 2019(01)
[2]采煤工作面拟2.5维地震速度层析成像方法[J]. 胡泽安,张平松,许光泉. 煤炭学报. 2018(09)
[3]采动微地震波传播与衰减特性研究[J]. 雷文杰,李金雨,云美厚. 岩土力学. 2019(04)
[4]煤矿冲击地压扰动响应失稳理论及应用[J]. 潘一山. 煤炭学报. 2018(08)
[5]地下洞室地震动力响应的岩体结构控制效应[J]. 崔臻,盛谦,冷先伦,罗庆姿. 岩土力学. 2018(05)
[6]采动影响下饱和松散土体运移演化过程及力学参数研究[J]. 李柱,谢锋. 煤矿安全. 2017(05)
[7]宁东侏罗系煤层顶板粗粒含水砂岩特性研究[J]. 姚强岭,陈田,李学华,王傲. 煤炭学报. 2017(01)
[8]我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展[J]. 顾大钊,张勇,曹志国. 煤炭科学技术. 2016(01)
[9]开采扰动区断层采动活化诱发岩体动态变形模型实验[J]. 来兴平,刘小明,曹建涛,孙欢. 西安科技大学学报. 2014(06)
[10]特厚煤层综放采动底板变形破坏规律的综合实测[J]. 朱术云,曹丁涛,岳尊彩,姜振泉,赵连涛,于旭磊. 岩土工程学报. 2012(10)
本文编号：3477741
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(04)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
实验模型剖面图
水库模型在实验过程中受到震动是输入的地震波对其进行的加载过程，为了保证实验过程能够还原作业现场环境，保证实验过程的真实可靠性，必须要严格选择入射波形峰值频率、振动时间、振动幅度、波峰波谷以及峰值加速度等参数。EI-Centro地震波的发现于1940年美国的一次山谷地震中，根据该地区地震局现场实测，该地震波的持续时间为53.73 s，最大加速度为341.7 cm/s2，从地质学角度分类，该地震波属于第2类地质场的地震波。李家壕煤矿所处地质环境完全符合第2类地质场要求，因此，按照相应的比例尺选择EI-Centro地震波的参数，且将地震波的按照6度、7度、8度、9度、10度，即烈度的递增进行相似实验。实验模型以及地震波参数确定后，将6个传感器分为3组分别布置在上覆岩层、水库坝体、底板处用于收集实验过程中的各项参数，其中1号、2号传感器布置在上覆岩层，3号、4号传感器布置在水库坝体上，5号、6号传感器布置在底板处。传感器被覆盖于实验模型中，传感器所在的大致位置如图2。2.3 实验结果
根据应变片的布置方式合理选择传感器应力应变信号处理的公式原理，得到被测试点的安全度K计算公式：（τ为剪切应力；σ为正应力；τmax为最大剪切应力；C为黏聚力，N/m2；φ为内摩擦力，（°））。将实验过程中传感器收集的数据通过上述公式转换为安全度，1号～6号测试点不同传感器位置处的安全度见表2，根据表2中各个传感器收集数据绘制的安全度变化折线图如图3。图3表明：随着地震烈度级别的不断增大，采空区整体安全度呈下降趋势，说明剧烈的震动严重威胁着坝体稳定性，从宏观意义上讲，矿震、爆破以及其他采动活动产生的震动对采空区的稳定作用产生干扰甚至破坏，严重威胁井下作业的安全进行；此外，根据不同测试点位置的不同曲线图之间的差异可知，距离震源位置较近的部分，受到的震动冲击波无论频率还是强度都要强于距离震源较远的部分，故受影响强度也是由近及远逐渐降低，从本次实验角度看，位于底板处的传感器距离震源最近，位于上覆岩层处的传感器距离震源最远，位于坝体上的传感器处于上述二者中间，因此在按照地震等级依次发生震动时，底板处震感最为强烈，稳定性破坏程度也是最为严重的，因此安全度最低；坝体部分传感器距离震源稍远，各种威胁破坏较轻，安全度次之；上覆岩层处的传感器距离震源最远，各种威胁破坏最轻，安全度最高；从地下水库整体来看，为保证水库正常安全作业，应合理选择坝体材料尺寸等保证其安全运行的参数，尽量减少震动扰动给井下作业造成的危害。
【参考文献】：
期刊论文
[1]垂向裂隙各向异性煤层地震波响应[J]. 李勤,李永博,李庆春. 地球物理学报. 2019(01)
[2]采煤工作面拟2.5维地震速度层析成像方法[J]. 胡泽安,张平松,许光泉. 煤炭学报. 2018(09)
[3]采动微地震波传播与衰减特性研究[J]. 雷文杰,李金雨,云美厚. 岩土力学. 2019(04)
[4]煤矿冲击地压扰动响应失稳理论及应用[J]. 潘一山. 煤炭学报. 2018(08)
[5]地下洞室地震动力响应的岩体结构控制效应[J]. 崔臻,盛谦,冷先伦,罗庆姿. 岩土力学. 2018(05)
[6]采动影响下饱和松散土体运移演化过程及力学参数研究[J]. 李柱,谢锋. 煤矿安全. 2017(05)
[7]宁东侏罗系煤层顶板粗粒含水砂岩特性研究[J]. 姚强岭,陈田,李学华,王傲. 煤炭学报. 2017(01)
[8]我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展[J]. 顾大钊,张勇,曹志国. 煤炭科学技术. 2016(01)
[9]开采扰动区断层采动活化诱发岩体动态变形模型实验[J]. 来兴平,刘小明,曹建涛,孙欢. 西安科技大学学报. 2014(06)
[10]特厚煤层综放采动底板变形破坏规律的综合实测[J]. 朱术云,曹丁涛,岳尊彩,姜振泉,赵连涛,于旭磊. 岩土工程学报. 2012(10)
本文编号：3477741
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