采场围岩力链成壳机制及力学特征研究

发布时间：2017-12-26 15:12

  本文关键词：采场围岩力链成壳机制及力学特征研究　出处：《安徽理工大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 力链 围岩应力壳 力学特征 颗粒离散元 失稳判据

【摘要】：本论文采用室内实验室试验、相似模拟试验、数值模拟以及理论分析相结合的研究方法,以力链为研究主线,对采场围岩载荷传递路径方式以及围岩的力学特征进行系统研究,揭示采场围岩载荷传递机理和力链成壳机制。论文的研究为煤矿的安全高效开采提供基础理论,进一步丰富了采场围岩矿压理论。主要取得以下研究成果:对采场顶底板围岩的力学行为进行室内试验,获得了围岩的物理力学参数并且实现了采场围岩力学环境的评价,为采场围岩的力链分析奠定了参数基础。同时进一步分析了围岩损伤破坏与力链演化、微裂纹扩展以及能量演化之间的响应规律。基于颗粒离散元法对采场围岩的力链成壳机制进行分析,发现沿工作面走向和倾向采场覆岩顶板均呈现拱形力链,走向和倾向力链拱在空间上形成力链壳。随着工作面推进,力链壳的强度和范围逐渐增大,且采空区后方逐渐呈现弱力链分布,上覆岩体荷载通过力链壳中强力链传递到工作四周煤岩体内形成力链集中,形成壳基,这也是采场围岩形成支承压力的力学本质。而且采场围岩的接触力链从原先初始平衡状态的纵横交错的闭合力链到开采扰动之后形成准直线状的拱形力链,通过傅立叶公式拟合得到了力链壳不同关键部位(壳基、壳肩和壳顶)时的偏转角,揭示了应力壳是力链集束传递的宏观体现。对采场围岩的应力场、位移场和破坏特征进行分析,发现沿工作忙走向和倾向方向上煤壁前方和开切眼后方一定范围内存在应力集中,而且随着工作面的持续推进,应力集中现象更加明显,且这一区域在回采过程中是逐渐变化的,在采场覆岩中形成应力拱,在采场三维空间形成应力壳。在三维应力壳理论的基础上结合顶板岩层进行采场围岩力学分析,构建了应力壳作用下壳顶岩层形成从四周固支到一边简支的椭圆岩层(板)力学演化模型,得到"力链-应力壳"失稳判据,揭示了"力链-应力壳"失稳机制。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD313

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本文编号：1337710