多场耦合工作面冲击危险性动态评价方法研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:limajubo
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随着矿井开采深度的逐年增加,冲击地压已经成为阻碍我国煤矿安全高效开采的重要灾害之一,冲击危险性评价是进行冲击地压防治的基础性工作,因此,如何快速、高精度的开展冲击危险性评价是冲击地压防治工作亟需解决的关键问题。本文依托国家自然科学基金,从研究多场耦合工作面冲击危险性动态评价方法出发,采用理论推演、实验室实验、数值模拟和工程验证等方法,研究了煤岩体应力场和震动场的三维成像方法,分析了应力场与震动场的相互作用关系,提出了基于应力场和震动场的4个冲击危险性评价指数,获得了多场耦合工作面冲击危险性动态评价方法,编制了相应的评价软件,并进行了现场工程实践验证。分析了自然状态下原岩应力场主要组成——重力和构造应力的存在形式,对采动应力场中冲击能量的形成机理和采动应力场演化机制进行了研究,为研究煤岩体应力场成像方法提供了理论基础;采用数值插值方法,以“静态”原岩应力场数据和“动态”采动应力场数据为基础,提出了煤岩体应力场三维成像方法。利用弹性力学理论,通过分析煤岩体中震动波传播速度的各种影响因素,对煤岩体中震动波传播形式进行了基本描述,在Radon正、逆变换理论的基础上,开展了煤岩体变栅格间距震动场层析成像方法研究,以此为基础,提出了煤岩体震动场变栅格间距层析成像方法。通过典型煤岩波速-应力关系实验研究,分析了不同冲击倾向性煤、岩及煤岩组合件单轴直压、单轴循环加卸载以及三轴加载过程中波速和应力的变化规律,得出单轴加载条件下各类试样波速与应力具有显著的同步变化特征,应力的相对变化是引起试件损伤破坏的重要原因,提出了应力场的冲击危险性评价指数——应力异常指数和应力梯度指数。通过震动场对应力场作用的实验室和数值模拟研究,确定震动波速、能量大小和震动波波速突变是引起煤岩体破坏的关键因素,提出了基于震动场的冲击危险性评价指数——波速异常指数和波速梯度指数。开展了煤岩体多场耦合关系研究,建立了煤岩体多场耦合数学模型;在研究多因素交叉耦合冲击危险性评价模型的基础上,提出了多场耦合(RMS)工作面冲击危险性动态评价方法,并开发了相应的评价软件;将本文研究成果在巴彦高勒煤矿311202工作面进行了现场应用,有效的指导了现场冲击地压灾害防治工作。该论文有图86幅,表36个,参考文献218篇。
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