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随着我国煤矿开采逐年向深部发展,冲击地压作为一种特殊的强矿压显现现象而日趋严峻,给矿井安全、高效生产带来了很大的威胁。冲击地压的发生不仅与煤(岩)物理力学性质有关,而且很大程度上受到地质构造的控制,本文以褶曲构造诱发冲击危险为背景,采用理论分析、数值模拟及现场实例探讨相结合的研究方法,对褶曲构造成因机制、诱冲机理和防控方法进行了分析,取得的主要成果如下: (1)基于材料力学及Winkler弹性地基梁理论,结合前人对于褶曲成因的研究成果,建立了褶曲构造力学模型,解出了背斜、向斜构造挠度、转角、弯矩及剪力的理论解,并得到了褶曲能量密度微分方程。结果表明,影响褶曲构造挠度的主要因素有构造应力、地基刚度、抗弯截面刚度、埋深和岩层性质,影响褶曲弯矩的主要因素为构造应力、抗弯截面刚度和地基刚度。采用Origin软件函数绘图功能给出了几个算例,研究了构造力偶及地基刚度对褶曲挠度、弯矩的影响规律。 (2)基于材料力学,分析了褶皱不同位置处弯曲正应力,解释了现场观测到的有些矿井向斜轴部冲击危险高,有些则是翼部较高,而有些背斜轴部冲击危险极大的现象。 (3)基于UDEC数值软件,通过研究不同推进步距下采掘工作面煤壁前方支承压力演化规律、支承压力峰值处E0-EC值和tanα值变化规律,分析了现场常见的向斜轴部及背斜翼部冲击危险较大的现象。结果表明,在采掘工作面“接近-远离”褶曲构造应力集中区时,煤壁前方支承压力与构造应力发生“连接-叠加-分离”现象,连接区和叠加区是冲击危险严重区域;随着工作面与最大冲击危险区域不断接近,煤壁前方支承压力峰值处E0-EC值及tanα值不断增大,冲击失稳危险不断增强,当工作面推过最大冲击危险区域时,两者皆开始下降,冲击危险有所降低。 (4)通过FLAC3D数值模拟,采用正交试验的方法,研究了钻孔直径、间距、深度及煤层埋深对卸压效果的影响。结果表明,钻孔直径越大,间距越小,孔深越大,卸压效果越好;钻孔深度必须超过应力集中区一定范围,否则卸压效果不明显,乃至于会增大冲击危险发生几率;卸压效果与原岩应力关系密切,其他条件相同时,煤层埋藏深度越深(原岩应力越大),卸压效果越显著。 (5)基于上述成果,初步提出了褶曲构造诱发冲击危险多参数联合预警及治理方法。