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保护层卸压开采技术作为一种防治冲击矿压灾害的有效手段在现场实践中逐渐被广泛应用。论文通过理论分析、相似模拟试验、数值模拟控制及现场应用实践等手段,建立了卸压减冲解放结构的微元体主应力分析模型、薄板扭转假设检验模型及偏心载荷作用下的失稳模型,提出了开采煤层底板煤岩在不平衡力影响下发生塑性变形及移动破坏的偏心失稳理论;研究了保护煤层开采的动力效应及由此引起的围岩破坏及运移变化特征,总结保护层开采的降压减震吸能防冲效应,并对影响解放开采效果的因素进行了变量控制分析。采用先进的观测手段对现场卸压减冲开采技术的效果进行了检验,取得了较好的效果。 提出了保护层开采防冲的“降压、减震、吸能”原理。即,降压就是保护层开采后,在被保护的范围内,应力和支承压力降低;减震就是上覆岩层结构发生了破坏,在被保护层开采时,上覆岩层的破断和滑移范围大幅度降低,上覆岩层的破坏和滑移上覆的能量也大幅度降低,从而起到了“减震”的作用;吸能就是保护层开采后形成的冒落带和裂隙带,破坏了岩层的结构,增大了震动波传播的衰减系数,起到了吸收震动能量的作用。 建立了不平衡力作用下的微元分析模型,研究最大正应力与切应力的作用方向,判断微元块体发生塑性变化的力源条件;建立相关的薄板检验分析模型,研究不平衡力作用下的微元块体运动方向趋势;综合微元模型与薄板模型,建立偏心载荷作用下的失稳模型,提出了保护层开采的偏心失稳理论。 采用相似模拟和数值模拟研究卸压开采对工作面围岩的动力效应。主要研究了保护煤层开采期间的被解放煤体内部的垂直应力与水平应力变化特征;分别从走向与倾向的角度对比分析工作面开采对围岩破坏特征以及运移规律,并对开采扰动影响下的解放煤体位移矢量的时变特征及煤岩破坏的阶段性进行了分析;采用微震监测技术对保护层开采的减震作用进行评价;总结保护层开采的降压减震吸能防冲效应。 分析卸压开采卸压减冲结构实现有效解放效果的影响因素。保护层开采对被保护层煤体的动力影响的范围及程度,与保护层与被保护层煤体的层间距、煤层厚度、工作面的回采宽度、层间岩性与物理力学性质、原岩应力场分布形态、主应力的大小与作用方向、开采扰动对原岩应力的破坏程度等等因素密切相关。对于保护层开采的解放效果,从定性角度来看,具有应力下降位移增长的特征,但从定量的角度来看,还存在着应力与位移变化的程度问题。 根据以上研究成果,结合济宁三号煤矿十二采区的实际情况,布置相关的监测方案对首采面的解放效果进行监测,获取相关的数据并分析处理,对新采区实现有效预防冲击危险的解放开采进行评价,提出了有利于防冲的优化布置方案。 本论文有图88幅,表12个,参考文献102篇。