復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)預(yù)報(bào)與控制研究.pdf

1、針對(duì)煤巖體在開(kāi)采擾動(dòng)影響下由于動(dòng)力載荷的作用將發(fā)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)演化過(guò)程，形成新的更為復(fù)雜的煤巖體結(jié)構(gòu)。尤其在急傾斜煤層水平分段綜放開(kāi)采中，煤巖體可形成大型的類(lèi)斷層結(jié)構(gòu)。類(lèi)斷層結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力水平變化特異，煤巖體結(jié)構(gòu)在高應(yīng)力強(qiáng)卸荷作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重畸變，出現(xiàn)煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)、沖擊地壓、大面積片幫和大體積冒頂?shù)葎?dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象。
　　通過(guò)變尺度平-立物理相似模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)M類(lèi)斷層結(jié)構(gòu)演化規(guī)律，基于三維數(shù)值模擬進(jìn)行復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力作用特

2、征分析，總結(jié)動(dòng)力失穩(wěn)災(zāi)害的破壞特征。復(fù)雜煤巖體典型的物質(zhì)性、結(jié)構(gòu)性與賦存性特有本質(zhì)特征是控制動(dòng)力學(xué)災(zāi)害的關(guān)鍵因素。在采動(dòng)擾動(dòng)影響下，頂板巖層經(jīng)歷“彎曲-折斷-滑落”破斷規(guī)律，底板巖層發(fā)生隆起、下滑破斷規(guī)律，按破壞特征可以將頂板垮落特征分為冒落式頂板和傾覆式頂板，底板為下挫滑動(dòng)式底板。工作面正上方的“頂板-破碎煤體-底板”破斷之后的煤巖塊會(huì)形成不斷演化的拱狀結(jié)構(gòu)，拱狀結(jié)構(gòu)形態(tài)的演化是由半圓拱結(jié)構(gòu)逐漸演化為拱高大、跨度長(zhǎng)的近似拋物線狀的拱結(jié)

3、構(gòu)，拱狀結(jié)構(gòu)能夠出現(xiàn)短暫的平衡，使頂煤無(wú)法正?？迓浞懦觯盃罱Y(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，但這種拱狀結(jié)構(gòu)容易造成上方煤巖體發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，隨著工作面推進(jìn)和拱高的不斷加大，直接頂懸露面積不斷加大，在非對(duì)稱(chēng)力作用下致使第一類(lèi)頂板發(fā)生冒落，第一類(lèi)頂板的冒落將會(huì)使上部煤巖體失去支撐，在自重傾向分力作用下將會(huì)沿層理面發(fā)生迅速的向下滑動(dòng)，第一類(lèi)冒落頂板產(chǎn)生了一次動(dòng)力載荷，對(duì)工作面支架的穩(wěn)定性及安全產(chǎn)生具有重要影響。第一類(lèi)頂板及頂煤的大范圍失穩(wěn)向下充填采空區(qū)，會(huì)形成

4、超規(guī)模的長(zhǎng)距離、高斜度的大尺度采空區(qū)，致使基本頂失去法向支反力，基本頂在自重法向分力的影響下，致使巖層厚大，強(qiáng)度高的第二類(lèi)頂板發(fā)生失穩(wěn)，第二類(lèi)傾覆頂板產(chǎn)生了第二次強(qiáng)度更大的動(dòng)力載荷，致使大型類(lèi)斷層結(jié)構(gòu)整體活化，可能誘發(fā)更大強(qiáng)度和規(guī)模的動(dòng)力載荷的產(chǎn)生。
　　復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)的特點(diǎn)是在開(kāi)采擾動(dòng)影響下，工作面內(nèi)部小結(jié)構(gòu)的不斷演化運(yùn)動(dòng)，致使極不穩(wěn)定的拱狀結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)，誘發(fā)工作面的頂?shù)讎鷰r結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，最終誘發(fā)大型類(lèi)斷層結(jié)構(gòu)活化整條連鎖反

5、應(yīng)，所形成的超大規(guī)模采空區(qū)一旦發(fā)生整體動(dòng)力失穩(wěn)，將對(duì)礦井安全造成嚴(yán)重影響，極有可能誘發(fā)為災(zāi)害。
　　基于能量積聚和釋放的圍巖結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)前兆信息研究，利用應(yīng)力應(yīng)變、聲發(fā)射、鉆孔窺視等聲、光、電監(jiān)測(cè)手段，利用“聲-震-波-力”指標(biāo)多參量信息的綜合分析，提出復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)多參量動(dòng)力失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法。針對(duì)應(yīng)力、應(yīng)變、聲發(fā)射、鉆孔窺視等判定指標(biāo)需要綜合判定復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)，復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)危險(xiǎn)性綜合評(píng)價(jià)函數(shù)。
　　通

6、過(guò)對(duì)圍巖地質(zhì)條件和力學(xué)行為及其演化規(guī)律等綜合研究，建立災(zāi)害快速動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)控新工藝。利用井上下爆破、注水等弱化技術(shù)手段，將大型煤巖體破斷釋放產(chǎn)生的集中載荷，并強(qiáng)化支護(hù)體系，形成煤巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制方法。且通過(guò)建立多源信息耦合的煤巖體穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)，為煤巖體結(jié)構(gòu)動(dòng)力失穩(wěn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供新的方法，最終形成復(fù)雜煤巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和控制的系列化實(shí)用理論和技術(shù)，為開(kāi)采礦井整體安全穩(wěn)定提供保障，對(duì)煤礦安全開(kāi)采具有重要的科學(xué)價(jià)值和工業(yè)