條帶開采工程非線性動力穩(wěn)定性研究.pdf

1、條帶煤柱和頂板組成的力學系統(tǒng)是隨外部條件變化而不停地變化,在外界某種因素的擾動下,條帶開采巖層平衡狀態(tài)或運動狀態(tài)會發(fā)生突然改變,對其動力系統(tǒng)穩(wěn)定性進行分析是非常必要的。
　　本文首先對把頂板巖層視為邊界固定的彈性矩形平板,將條帶煤柱近似等效為連續(xù)分布的溫克爾彈性基礎,利用winkler彈性地基和流變理論推導動力荷載下粘彈性地基上四邊固支矩形板的粘彈性模型微分方程,分別討論了在無阻尼情況下和阻尼存在下方程的解。以小阻尼情況為例,分析

2、參數(shù)變化對條帶開采工程力學系統(tǒng)影響,重點探討了阻尼、剛度、頂板厚度、采出率和外部荷載頻率的變化對系統(tǒng)穩(wěn)定性特性影響,提出通過調(diào)整系統(tǒng)剛度和幾何結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的力學狀態(tài)來防治條帶開采工程的失穩(wěn),給出了有針對性具體措施。
　　然后,建立在靜載荷和動載荷組合作用下的條帶煤柱系統(tǒng)的非線性動力學模型,利用雙尖點突變模型理論,找到條帶煤柱自振頻率隨靜載荷變化規(guī)律。推導出條帶煤柱發(fā)生突變失穩(wěn)的充分必要條件,在動力擾動條件下,由于煤柱非線性調(diào)整系數(shù)

3、作用,系統(tǒng)的頻率和振幅對條帶煤柱穩(wěn)定性起著重要作用,并探討了條帶煤柱剛度、阻尼力、采出率和彈性模量和對系統(tǒng)非線性動力不穩(wěn)定區(qū)域的影響。而當外界擾動頻率在系統(tǒng)固有頻率某一范圍內(nèi)時,其微小變化對系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)起著明顯的變化。然后將煤柱動力微分方程轉(zhuǎn)化為杜芬方程的數(shù)學模型,通過數(shù)值仿真計算,結(jié)果表明周期載荷作用下存在著發(fā)生混沌運動的可能,必須進行混沌運動的分析。最后,結(jié)合峰峰礦區(qū)條帶開采經(jīng)驗和萬年礦建筑物下壓煤實際情況,綜合分析后,確定莊宴村下

4、壓煤的條帶開采方案,并在此基礎上建立了FLAC3D數(shù)值模型,采用動力時程分析方法分析了地震波對條帶開采巖體穩(wěn)定性影響,根據(jù)帶抗拉摩爾庫倫本構(gòu)關系,利用強度屈服準則來判斷條帶煤柱單元穩(wěn)定性,得出條帶煤柱各單元安全系數(shù),由此得出,條帶煤柱在地震作用下穩(wěn)定性降低,因此開采設計過程中必須考慮動載荷的影響。
　　本文的研究成果對促進條帶開采技術在“三下”壓煤中的應用和發(fā)展、提高地下煤炭資源采出率、保護地表建筑物和生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)煤炭工業(yè)的可持