煤層群上行采動堅硬頂板能量釋放耗散及其防沖機理研究.pdf

1、近距離煤層群堅硬頂板條件下，采用上行卸壓開采是防治沖擊地壓的有效手段之一。目前關于裂隙巖體本構模型的研究較少考慮能量耗散的影響，基于能量耗散的初始損傷巖體本構模型尚未建立，對于上行卸壓開采防治沖擊地壓機理的研究主要集中在覆巖應力場、位移場及裂隙發(fā)育規(guī)律等方面，并沒有對煤層群上行開采能量積聚與耗散規(guī)律進行系統(tǒng)研究。然而，煤巖體的變形破壞是一種能量驅動下的狀態(tài)失穩(wěn)現(xiàn)象，具有強烈的非線性、各向異性和不可逆特征，伴隨著各種形式的能量釋放與耗散。

2、因此，采用連續(xù)介質力學理論與能量理論相結合來研究煤層群上行開采防沖機理是一種有效的方法。本文采用理論分析、室內(nèi)試驗與數(shù)值模擬相結合，對煤層群上行開采能量釋放與耗散規(guī)律及其防沖機理進行了較系統(tǒng)的研究，主要工作如下:
　　(1)以連續(xù)介質損傷力學理論為基礎，推導了基于能量耗散的初始損傷巖體本構方程，試驗揭示了不同巖性巖石循環(huán)加卸載時的能量釋放與耗散規(guī)律，并獲得了基于能量耗散損傷變量的演化方程及本構方程中各項參數(shù)的取值。
　　(2

3、)推導了初始損傷巖體本構方程的增量差分格式，采用VC++語言實現(xiàn)了初始損傷巖體本構模型在FLAC3D中的開發(fā)，采用標準試件的單軸壓縮試驗驗證了本構方程及開發(fā)程序的正確性;采用自定義的初始損傷巖體本構模型對煤層群上行開采過程進行模擬計算，揭示了上行開采過程中煤巖系統(tǒng)能量積聚與耗散規(guī)律，并獲得了層間距、巖性對上行開采過程中能量積聚與耗散的影響。
　　(3)基于評價煤巖石沖擊傾向性的沖擊能指標，提出了基于損傷的沖擊傾向性評價指標，研究了

4、上行開采對煤層沖擊傾向性的影響;根據(jù)煤體在沖擊地壓發(fā)生過程中所起的作用，將煤體劃分為沖擊地壓阻力區(qū)、沖擊地壓驅動區(qū)和無明顯影響區(qū)，建立了沖擊地壓發(fā)生的能量驅動機理，推導了沖擊地壓發(fā)生的能量判據(jù)以及上行開采防治沖擊地壓的損傷判據(jù)。
　　(4)根據(jù)大同礦區(qū)忻州窯礦和煤峪口礦地質和開采條件，對各煤層的沖擊地壓損傷判據(jù)進行了計算，通過室內(nèi)試驗獲得了上行開采時不同煤層的損傷情況，對上行開采防治沖擊地壓的有效性進行了評價，并得到了現(xiàn)場開采的驗