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巷道掘进全过程冲击失稳规律研究

巷道掘进全过程冲击失稳规律研究

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作者：彭雨杰中国矿业大学

学位级别：硕士

冲击地压是制约煤矿安全生产的主要问题,随着煤矿开采深度和强度的日益增大,工作面掘进作业期间冲击地压事故频发。本文针对巷道掘进这一过程,采用理论分析、数值模拟、实验室试验等研究方法,系统研究了巷道掘进过程的巷道围岩应力分布... 详细信息

冲击地压是制约煤矿安全生产的主要问题,随着煤矿开采深度和强度的日益增大,工作面掘进作业期间冲击地压事故频发。本文针对巷道掘进这一过程,采用理论分析、数值模拟、实验室试验等研究方法,系统研究了巷道掘进过程的巷道围岩应力分布特征、能量演化机制,分析了巷道掘进冲击破坏形式,揭示了巷道掘进期间的冲击失稳规律,提出了掘进期间冲击地压防治措施,有效降低了掘进巷道冲击危险。主要研究成果如下:（1）论文基于已有的冲击地压矿井冲击显现统计发现,巷道掘进期间与工作面回采期间均具有较高的冲击危险性,统计了掘进期间冲击危险影响因素主要包括煤层埋深、煤层冲击倾向性、地质构造、煤厚及变化和开采布局等因素;分析了冲击地压发生过程,建立了冲击地压发生的力学模型,从应力和能量两个方面论述了巷道掘进对冲击地压的影响,并分别提出了巷道应力扰动程度判别指标k和掘进巷道围岩完整性判别指标ζ、掘进巷道冲击危险性指数Rc。（2）针对掘进巷道的应力环境、地质构造和开采条件,采用Flac3D数值模拟分析方法,基于巷道应力扰动程度判别指标和掘进巷道冲击危险性指数对掘进巷道在不同因素下的响应特征进行分析,获得了各因素下掘进巷道应力分布规律、能量演化特征和冲击危险性。（3）进行了掘进巷道冲击实验,对试样在三向应力加载作用下巷道掘进过程的声发射信号特征和破坏情况进行了分析与总结,随着掘进巷道环境的变化,巷道掘进的冲击危险性发生变化,其破坏程度也有所不同。受掘进巷道扰动影响,掘进巷道的声发射事件数一般随着其距巷道表面距离的增大先增大后减小;受巷道掘进过程的地质因素和开采技术因素的影响,巷道迎头前方的声发射事件数较多,但当影响巷道掘进的地质条件沿掘进巷道走向出现突变的情况下,迎头前后方的声发射事件数会出现较大变化。（4）针对华亭煤矿250107-1工作面掘进巷道,通过对掘进前后的微震事件分布和冲击震源的震源机制分析,结合数值模拟和室内实验结果,总结了掘进巷道冲击诱因,提出了冲击地压防治原则。针对250107-1开切眼提出了防冲优化措施并进行了卸压效果检验,250107-1开切眼掘进期间大能量事件明显减少,钻屑量未超标,无冲击地压显现,有效降低了巷道掘进的冲击危险。本论文有图124幅,表26个,参考文献79篇。

关键词：冲击地压掘进巷道围岩能量分布冲击判别指标能量演化

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