【摘 要】
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冲击地压按应力作用时间可分为蠕变型冲击和扰动加载型冲击,扰动加载型冲击因震动扰动的发生突然和难以预测所以更具危险性;另外,煤矿开采深度逐年增加,开采强度不断增加,扰动强度逐渐增大,由矿震诱发的扰动加载型冲击日趋严重且难以治理。因此,以“冲击地压的扰动加载致灾特征及一体化防治技术”为选题开展研究,以期揭示扰动加载型冲击地压的致灾特征,进而提出有针对性的防冲对策。 论文首先界定了扰动加载的应变率;从
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冲击地压按应力作用时间可分为蠕变型冲击和扰动加载型冲击,扰动加载型冲击因震动扰动的发生突然和难以预测所以更具危险性;另外,煤矿开采深度逐年增加,开采强度不断增加,扰动强度逐渐增大,由矿震诱发的扰动加载型冲击日趋严重且难以治理。因此,以“冲击地压的扰动加载致灾特征及一体化防治技术”为选题开展研究,以期揭示扰动加载型冲击地压的致灾特征,进而提出有针对性的防冲对策。
论文首先界定了扰动加载的应变率;从坚硬顶板、断层构造、冲击倾向性、地应力等角度分析了扰动加载型冲击地压孕育的自然条件。运用数值模拟方法分析了扰动加载下巷道围岩应力、变形、变形速度、变形加速度和塑性破坏的时步特征。完成了扰动加载触发煤体冲击破坏特征试验,结果表明,扰动加载应变率增大,煤体强度、弹模、冲击能比分别呈对数、对数、直线增大,破坏时间呈指数降低;声发射振铃计数、能量幅值以及外部能量输入速率会经历“缓增—急增—突增”的转变过程;试件动态破坏形式发生“剪切破坏—劈裂破坏—爆裂破坏”的转变。试件冲击碎片质量分维值与扰动加载应变率呈二次函数关系,试验显示的碎片质量分维达到最大的应变率极值为2.8×10-3/s。构建了扰动加载型冲击地压的“扰动—冲击”致灾系统模型,理论推导得出系统冲击的能量作用条件为作用于冲击源的扰动能量达到静载能量的2%~9%。
分析了工作面开采期间高能微震的频次特征、时间序列、空间演化特征及与采动应力的关系;研究了断层区冲击地压发生的断层活化、断层煤柱、断层错动机制;掌握了工作面支架阻力、开采速度、回采进尺等与强震的关系。在以上研究基础上,构建了基于煤岩静态结构与扰动强度的扰动加载型冲击地压预测方法,提出了扰动加载型冲击地压的“缓震降冲”防治思路与技术,并进行了现场应用与效果验证;形成了基于扰动加载型冲击地压致灾特征的一体化预测与防治技术。
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