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坚硬顶板水压力作用机理研究

关瑞斌  
【摘要】: 坚硬顶板煤层开采矿山压力显现剧烈。坚硬顶板煤层在回采后形成顶板大面积悬露而不垮落。顶板大面积的垮落,经常给工作面支护、人员和设备造成严重的危害,甚至发生矿震。因此,研究和掌握坚硬顶板控制理论与技术,具有重要的实际意义。本文通过理论分析和数值模拟对坚硬顶板水压力作用机理进行了深入的分析研究,所做的主要工作及结果如下: (1)基于岩石水化学损伤理论,研究了水对岩石强度的影响机理,建立了岩石水化学损伤模型,将水的影响因素归结为尺度效应和力学效应。给出了压力水作用下岩体断裂强度新准则,该准则定量地反映了水压力作用对裂纹岩体强度的影响程度。 (2)采用渗透理论,从性能等效原理出发,确定了等效连续介质的渗透系数。岩石注水时,分析了水在岩层中的运动状态。基于固液耦合理论,对注水岩体的渗流与应力耦合进行了研究,并利用有限元原理建立渗流问题的支配方程。 (3)主要运用了断裂力学的相关知识,分析水力压裂定向分层的机理。通过定向分层,可降低老顶岩层垮落厚度或步距,也可降低老顶来压强度。 (4)通过注水软化顶板的数值模拟,证明了高压注水对坚硬顶板的软化作用,进一步了解水力压裂软化的机理;通过水力压裂机理的研究和顶板水力压裂软化的数值模拟,可以认为坚硬顶板注水软化法是行之有效的处理坚硬顶板的方法。


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