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随着工程开挖深度的不断增加,地应力将进一步增大,地质条件和作业环境恶化,深地下工程动力灾害破坏程度更加严重,造成围岩及防护体破坏、坍塌,给人民生命和生产安全产生极大威胁。采用理论分析和数值模拟相结合的研究方法,分析冲击地压发生与波传播衰减,揭示弹性波源产生和消散机制;研究煤层开采支承压力分布与灾变,验证超前20m处为应力最大和破裂严重位置;研究回采工作面超前支护下深部煤层开采采动效应;分析冲击条件超前支护与围岩相互作用机制和抗冲击能力计算,得到刚-柔耦合防护体可抵抗冲击地压等级,研究结果为深部地下工程围岩体安全防护设计和应用提供科学依据。 1.冲击发生与波传播衰减分析。分析冲击地压发生时的特征,根据煤岩体应力状态、显现强度和发生的不同地点和位置进行类型划分;从煤岩体结构平衡状态分析,得到由应力增量和应变增量表述的冲击地压发生启动条件表达式,并考虑到采动因素扰动的影响,得到冲击地压发生的扰动响应判别条件表达式;给出煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型三类巷道冲击破坏发生过程;研究弹性波在煤岩体中传播和衰减规律,得到弹性波在煤岩体中的衰减情况,揭示冲击破坏发生时弹性波源产生和消散机制。 2.煤层开采支承压力分布与灾变研究。冲击地压发生与采场应力分布直接相关,工作面前方20m处为支承压力最大位置,发生冲击危险也较大,采用CDEM数值计算方法,研究工作面推进过程超前支承压力分布及来压规律,统计超前区域破裂数,确定工作面超前破裂严重区域,验证工作面超前支承压力规律。 3.深部开采超前支护与采动效应分析。研究深部煤层开采过程及回采工作面超前支护作用影响,得到深部煤层开采过程覆岩变形和应力分布规律及采动作用下超前支护受力情况,进而分析回采工作面超前支护下深部煤层开采采动效应。 4.冲击条件超前支护与围岩作用数值模拟。研究冲击载荷作用下不同支护条件巷道冲击破坏过程,对比不同支护巷道防冲效果,分析采动围岩与支护相互作用机制和抗冲击效应,为深埋地下工程围岩体稳定和安全提供一种防护方法。 5.深部煤岩巷道抗冲击控制对策研究。建立刚-柔-刚支护结构,从弱化外部冲击载荷、合理设置柔性层和增大刚性防护强度三个方面出发,提高刚-柔耦合防护体的抗冲击能力,以保证煤矿安全开采的要求;对刚-柔耦合防护抗冲击能力进行分析,得到刚-柔耦合防护体可抵抗冲击地压等级,对煤矿安全开采和冲击地压防治具有实际意义。