煤巷掘进冲击矿压显现规律的模拟研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liangweiyu123
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冲击矿压是一种破坏性极强的矿井煤岩动力灾害,对矿山的安全生产有很大的威胁。关于煤层巷道掘进期间冲击矿压影响因素方面仍存在问题需要解决。本论文现场调研、案例统计分析、数值模拟和工程实践等手段,研究了煤巷掘进冲击矿压显现规律及工程实践。论文调研分析了华亭、义马、彬长、山东和徐州矿区部分矿井的典型冲击案例。结果表明:不同矿井、不同生产工序中冲击矿压的发生次数和冲击能量是不同的;煤巷掘进冲击矿压的主要影响因素包括:巷道埋深、煤层的冲击倾向性、顶板、煤厚变化、地质构造和煤柱等。构建了巷道开挖的UDEC离散元模型,模拟煤巷掘进卸载作用过程,结果表明:煤巷掘进冲击显现需要一定的应力水平;掘进卸载作用下冲击破坏的能量主要源于煤体自身积聚的弹性应变能。研究了地应力、顶底板岩性、煤厚和巷道位置对煤巷掘进卸载作用下冲击矿压显现规律的影响。得出:在相同侧压系数时,应力水平越高,冲击破坏释放能量越高。最大主应力方向与巷道走向夹角越大,冲击破坏释放能量越大。顶板或底板越硬,储存的弹性能越高,冲击破坏时释放的动能也越大。顶板影响程度大于底板。煤厚越大,冲击破坏的范围也越大,且破坏主要在煤层内。巷道沿煤层底板布置,煤厚越大底板破坏范围越大,底板位移量越小;巷道在煤层中部布置,煤厚越大围岩变形量越大;巷道沿煤层顶板布置,煤厚越大顶板破坏范围、位移量均越大。研究了动载因素对煤巷掘进卸载作用下冲击矿压显现规律的影响。得出:应力波幅值越大,冲击释放能量越大,巷道破坏越严重。在相同应力波幅值的前提下,增加应力波的作用时间对动载强度的影响较小,但会增大巷道冲击破坏的强度和范围。应力波在传递的过程中衰减较严重。随着动载荷与巷道帮部的距离增大,冲击破坏释放动能减小。巷道支护对冲击矿压具有积极的抑制作用,在一定范围内间距越小效果越好。论文研究成果应用于张双楼和徐庄煤矿煤巷掘进防冲工程实践。
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