煤矿巷道底板冲击地压发生机理与控制研究

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底板冲击地压作为冲击地压的一种表现形式在冲击地压矿井频繁发生而目前对于底板冲击地压的机理研究、针对性防治措施较为匮乏。论文依据大量底板冲击地压实例,归纳总结了底板冲击地压发生特点,在此基础上建立底板冲击地压的层裂结构破坏模型和底板-两帮工程结构模型。通过数值模拟研究,分析了底板冲击地压的各种诱发因素,以此确定了针对底板冲击地压的卸固耦合治理方案,并在现场进行了实际测试。论文主要形成了以下研究成果:1)巷道底板层裂结构的稳定性主要取决于底板层裂结构的临界应力值和作用在底板上的动静载荷值的相对大小关系,该临界应力值正比于底板层裂结构的弹性模量和底板层裂结构的厚度的平方,而与底板层裂结构跨度的平方成反比;底板冲击破坏后产生的底板挠曲变形将导致巷道两帮的破坏,由此引发巷道围岩的整体失稳。2)诱发巷道底板冲击地压的主要因素是:底板所在煤岩层构造应力的大小、巷道底煤厚度的大小、巷道底板煤岩体的坚硬程度、两帮的侧向支承压力大小、动载荷强度等;在一定的地质条件和动力扰动下,存在易发生底板冲击地压的底板弹性模量临界值范围;随着巷道侧向支承压力的增加冲击显现强度呈非线性增加;当应力波振幅增大时,巷道底板发生冲击地压的危险性大为上升。3)在采取底板冲击地压的卸固耦合措施时,应将底角爆破区间置于巷帮支护体的正下方并包含底板水平应力峰值区;底板支护时,应尽可能加大锚索预紧力。4)现场工业试验证明,卸固耦合治理措施可以有效地改善巷道底板煤岩层的应力分布状态,增强底板层裂结构的承载能力,对防治煤矿巷道底板冲击地压具有很好的适用性。
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