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庇山矿巷道围岩冲击倾向性参数测定及危险性分析

庇山矿巷道围岩冲击倾向性参数测定及危险性分析

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作者：赵武迪河南理工大学

学位级别：硕士

冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象,常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等,严重影响了矿井的安全高效生产。本文以庇山矿煤岩体冲击倾向性为研究对象,采用理... 详细信息

冲击地压是指煤矿井巷或工作面周围煤(岩)体由于弹性变形能的瞬时释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象,常伴有煤(岩)体瞬间位移、抛出、巨响及气浪等,严重影响了矿井的安全高效生产。本文以庇山矿煤岩体冲击倾向性为研究对象,采用理论分析、数值模拟和实验室试验相结合的研究方法,对煤岩体冲击倾向性参数进行测试分析,开展了回采工作面不同阶段顶板岩层弯曲能量指数计算方法的理论研究,模拟研究了不同应力环境下巷道围岩应力、位移、塑性区演化规律,主要得出以下结论:(1)基于庇山矿二-12090工作面生产地质条件,分析了回采工作面初采阶段、初次来压阶段、周期来压阶段的顶板岩块空间结构特征,构建了相应的固支梁、简支梁、悬臂梁力学模型,并推导了其弯曲能量指数计算公式,对比分析不同模型计算的顶板弯曲能量指数结果发现,以简支梁为力学模型计算得出的弯曲能量最大,以悬臂梁为力学模型计算得出的弯曲能量最小。并且梁内剪应力与弯矩产生的能量比与载荷大小无关,只与梁的泊松比及梁厚度与长度比值相关,泊松比越大,剪力与弯矩积聚能量比值越高,梁厚度越大,剪力与弯矩积聚能量比值越高,即梁厚度为影响弯曲能量指数的主要因素。(2)巷道底板冲击地压发生的关键在于水平应力是否达到了底板岩层发生屈曲破坏的最小轴向应力,底板承载水平应力不仅取决于水平构造应力,同时也受巷道两帮垂直应力影响,当底板承载水平应力达到底板岩梁屈曲的最小轴向应力时,巷道底板岩层梁结构将发生屈曲破断现象,进而导致底板冲击地压。采用FLAC有限元数值模拟软件,采用C-M塑性破坏本构模型,对不同应力环境下巷道围岩应力、位移、塑性区进行模拟分析,结果表明:巷道围岩塑性破坏区范围随侧压系数的增加而扩大;巷道底板水平应力随煤层弹性模量的增加而逐渐降低;巷道底板水平应力随巷道尺寸的增加而逐渐降低。(3)根据庇山矿所送煤岩样冲击倾向性参数实验室测试数据,计算得二煤层煤样平均动态破坏时间为357 ms,弹性能量指数为1.98,冲击能量指数为2.52,单轴抗压强度为5.35 MPa。按最危险状态分析,采用简支梁力学模型,计算得二煤顶板弯曲能量指数为11.53 k J,二煤底板弯曲能量指数为8.56 k J。图45幅,表20个,参考文献65篇。

关键词：冲击地压冲击倾向性参数弯曲能量指数冲击危险性

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