【摘 要】
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冲击矿压的发生是动静载叠加作用结果,而煤层倾角对采掘过程中的应力分布有巨大影响,且随着倾角增加,应力分布非对称性明显,不同倾角下,围岩不同区域对动载的响应规律有较大差异,因此,动静载作用下不同倾角煤岩采掘应力演化特征的研究具有重要价值。论文采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究了倾角对采掘过程中围岩应力演化过程、回采过程中不同位置对动载响应受倾角变化的影响、不同倾角岩-煤-岩组合试样在不同阶
【基金项目】
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国家重点研发计划资助项目（2016YFC0801408）; 国家自然科学基金资助项目（51974302,51934007,51874292）; 中央高校基础研究经费资助项目（2019CXNL06）
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冲击矿压的发生是动静载叠加作用结果,而煤层倾角对采掘过程中的应力分布有巨大影响,且随着倾角增加,应力分布非对称性明显,不同倾角下,围岩不同区域对动载的响应规律有较大差异,因此,动静载作用下不同倾角煤岩采掘应力演化特征的研究具有重要价值。论文采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,研究了倾角对采掘过程中围岩应力演化过程、回采过程中不同位置对动载响应受倾角变化的影响、不同倾角岩-煤-岩组合试样在不同阶段的破坏特点,得出如下结论:倾斜煤层在上区段采空后,区段煤柱上方的顶板向采空区方向垮落,形成铰接结构,该工作面采空区下端被矸石充填,对顶板起支撑作用,该工作面的采空区顶板呈三面简支、一面铰接的斜板结构。针对不同倾角煤层在采掘过程中围岩应力演化特征,采用FLAC3D数值模拟软件,利用张双楼煤矿74104工作面的地质参数,模拟了不同倾角煤层采掘过程中的应力演化,和不同位置的动载响应,得出:随着倾角增大,巷道掘进过程中的应力集中区域由进风巷实体煤侧向回风巷两侧转移;进风巷围岩应力对称性变差,中线处应力最低,巷道左帮应力最大,自中线向两帮的应力梯度随倾角增大先增大后降低;随倾角增大,采空区上方应力降低区向工作面上方偏移;相同倾角下,不同位置对动载响应也有较大差异,回风巷两帮受动载响应更为明显,不同倾角下,同一位置对动载响应有较大差异,其中倾角30°时,回风巷工作面侧受动载响应尤为明显,最大主应力提高至原水平2倍;研究了远矿震、近矿震对巷道围岩的影响,结果表明距离矿震位置100m附近时,矿震能量衰减严重,围岩应力变化不明显。为了研究不同倾角下煤岩组合试样单轴压缩破坏过程,运用FLAC3D中的Movie功能,对比了单轴压缩过程中不同阶段下煤岩组合试样的破坏过程,结果表明,倾角对试样的破坏顺序影响较小,均为试样外表面—煤岩交界面—顶底板,但对破坏的阶段有很大影响,随着倾角增大,试样的破坏区域逐渐失去对称性,试样外表面的破坏从弹性阶段提前至压密阶段,煤岩交界面的破坏从屈服阶段提前至弹性阶段,且破坏时间越来越短,试样的弹性模量随倾角增大先增加后降低。上述研究成果结合张双楼煤矿74104工作面的实际地质生产条件,提出差异化卸压措施,减小静载荷与控制动载强度,为类似工作面的安全回采提供理论和实践参考。该论文有图82幅,表8个,参考文献80篇。
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