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《中国矿业大学》 2009年
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采动影响下断层滑移诱发煤岩冲击机理研究

李志华  
【摘要】: 断层冲击矿压是由于采矿活动引起断层突然相对错动而猛烈释放能量的现象。目前对断层冲击矿压的研究,工程实录较多,理论或试验研究很少。针对目前研究存在的问题,采用相似模拟试验、FLAC5.02D数值模拟、理论分析和工程实践等方法进行研究,研究了采动影响下断层冲击矿压危险性变化规律,建立了断层滑移诱发煤岩冲击的力学模型,揭示了断层冲击矿压力学机制,分析了采动影响下断层活化矿震活动规律,进行了断层冲击矿压现场防治实践,并对顶板卸压爆破技术参数进行了优化设计。 通过断层冲击矿压相似模拟试验和FLAC5.02D数值模拟软件,研究了采动影响下断层冲击矿压危险性。研究表明,工作面由断层下盘向断层推进:在采动影响下断层正应力下降,剪应力上升,断层发生“活化”,顶板稳定性变差,工作面支承压力增加;工作面过断层后,矿压显现不明显。工作面由断层上盘向断层推进:断层面正应力上升,顶板易于形成平衡结构;工作面推过断层后,断层正应力迅速下降,断层滑移量增加,顶板稳定性差,工作面支承压力增加。不同微震信号具有不同的频谱特征。 采用FLAC5.02D数值模拟软件研究了断层、顶板物理力学属性对工作面支承压力的影响。研究表明:工作面在断层下盘向断层推进时,顶板强度对工作面支承压力影响最显著;工作面在断层上盘向断层推进时,断层倾角对工作面支承压力影响最显著。当工作面在断层下盘向断层推进时冲击矿压危险性远高于工作面从上盘向断层推进时的危险性。 基于“砌体梁”理论,研究了断层倾向对顶板平衡结构和工作面支承压力的影响。建立了断层滑移诱发煤岩冲击的粘滑-粘弹脆性体突变模型,断层滑移诱发煤岩冲击分为两种力学机制,一是在断层活动条件下“断层滑移失稳动态诱发冲击矿压机理”;二是在断层相对稳定条件下“断层滑移稳态诱发冲击矿压机理”。断层滑移失稳动态诱发冲击矿压强度更猛烈,断层滑移速度与工作面推进速度、工作面距断层距离、断层力学性质、断层正压力和开采深度有关。 采用微震监测系统对工作面过断层时的矿震活动规律进行了重点分区监测,研究表明:当工作面接近断层时,在采动影响下,断层发生“活化”,矿震活动频繁,矿震震动能量和震动次数均有所增加。当工作面处于断层线时,矿震活动处于峰值位置。工作面离开断层后,矿震活动迅速降低。 以济三煤矿6303工作面为现场实践点,进行断层冲击矿压防治研究。采用矿井地质构造预测数理统计法对矿井断层展布进行了预测评价。对危险区域采用钻孔卸压、煤体卸压爆破和顶板卸压爆破等措施同时治理煤层和顶板,从而降低冲击危险性。 该论文有图98幅,表21个,参考文献158篇。
【学位授予单位】:中国矿业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TD324

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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4 赵宝峰;内蒙古乌拉特中旗新忽热水源地地下水数值模拟及其开发模式研究[D];西北大学;2007年
5 王媛媛;分段多点成形过渡区设计与数值模拟研究[D];吉林大学;2008年
6 张超宇;沈阳李官堡水源地地下水资源合理开发利用研究[D];吉林大学;2009年
7 胡小翠;生物质锅炉燃烧数值模拟[D];华北电力大学(河北);2009年
8 周健;SCR反应器入口段流场均匀性的数值模拟研究[D];华北电力大学(河北);2009年
9 张徽;陕北风沙滩地区地下水数值仿真模拟及可持续利用[D];长安大学;2007年
10 李颖智;安徽省霍邱县李楼铁矿矿坑涌水量预测研究[D];石家庄经济学院;2008年
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