保護層的降壓減震吸能效應及其應用研究.pdf

1、保護層卸壓開采技術作為一種防治沖擊礦壓災害的有效手段在現(xiàn)場實踐中逐漸被廣泛應用。論文通過理論分析、相似模擬試驗、數(shù)值模擬控制及現(xiàn)場應用實踐等手段,建立了卸壓減沖解放結構的微元體主應力分析模型、薄板扭轉假設檢驗模型及偏心載荷作用下的失穩(wěn)模型,提出了開采煤層底板煤巖在不平衡力影響下發(fā)生塑性變形及移動破壞的偏心失穩(wěn)理論;研究了保護煤層開采的動力效應及由此引起的圍巖破壞及運移變化特征,總結保護層開采的降壓減震吸能防沖效應,并對影響解放開采效果的

2、因素進行了變量控制分析。采用先進的觀測手段對現(xiàn)場卸壓減沖開采技術的效果進行了檢驗,取得了較好的效果。
　　提出了保護層開采防沖的“降壓、減震、吸能”原理。即,降壓就是保護層開采后,在被保護的范圍內(nèi),應力和支承壓力降低;減震就是上覆巖層結構發(fā)生了破壞,在被保護層開采時,上覆巖層的破斷和滑移范圍大幅度降低,上覆巖層的破壞和滑移上覆的能量也大幅度降低,從而起到了“減震”的作用;吸能就是保護層開采后形成的冒落帶和裂隙帶,破壞了巖層的結構,

3、增大了震動波傳播的衰減系數(shù),起到了吸收震動能量的作用。
　　建立了不平衡力作用下的微元分析模型,研究最大正應力與切應力的作用方向,判斷微元塊體發(fā)生塑性變化的力源條件;建立相關的薄板檢驗分析模型,研究不平衡力作用下的微元塊體運動方向趨勢;綜合微元模型與薄板模型,建立偏心載荷作用下的失穩(wěn)模型,提出了保護層開采的偏心失穩(wěn)理論。
　　采用相似模擬和數(shù)值模擬研究卸壓開采對工作面圍巖的動力效應。主要研究了保護煤層開采期間的被解放煤體內(nèi)部

4、的垂直應力與水平應力變化特征;分別從走向與傾向的角度對比分析工作面開采對圍巖破壞特征以及運移規(guī)律,并對開采擾動影響下的解放煤體位移矢量的時變特征及煤巖破壞的階段性進行了分析;采用微震監(jiān)測技術對保護層開采的減震作用進行評價;總結保護層開采的降壓減震吸能防沖效應。
　　分析卸壓開采卸壓減沖結構實現(xiàn)有效解放效果的影響因素。保護層開采對被保護層煤體的動力影響的范圍及程度,與保護層與被保護層煤體的層間距、煤層厚度、工作面的回采寬度、層間巖性

5、與物理力學性質、原巖應力場分布形態(tài)、主應力的大小與作用方向、開采擾動對原巖應力的破壞程度等等因素密切相關。對于保護層開采的解放效果,從定性角度來看,具有應力下降位移增長的特征,但從定量的角度來看,還存在著應力與位移變化的程度問題。
　　根據(jù)以上研究成果,結合濟寧三號煤礦十二采區(qū)的實際情況,布置相關的監(jiān)測方案對首采面的解放效果進行監(jiān)測,獲取相關的數(shù)據(jù)并分析處理,對新采區(qū)實現(xiàn)有效預防沖擊危險的解放開采進行評價,提出了有利于防沖的優(yōu)化布