褶曲構(gòu)造區(qū)域采動誘沖機理及防控技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國煤礦開采逐年向深部發(fā)展，沖擊地壓作為一種特殊的強礦壓顯現(xiàn)現(xiàn)象而日趨嚴峻，給礦井安全、高效生產(chǎn)帶來了很大的威脅。沖擊地壓的發(fā)生不僅與煤（巖）物理力學性質(zhì)有關(guān)，而且很大程度上受到地質(zhì)構(gòu)造的控制，本文以褶曲構(gòu)造誘發(fā)沖擊危險為背景，采用理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實例探討相結(jié)合的研究方法，對褶曲構(gòu)造成因機制、誘沖機理和防控方法進行了分析，取得的主要成果如下:
　　(1)基于材料力學及Winkler彈性地基梁理論，結(jié)合前人對于褶曲成因的

2、研究成果，建立了褶曲構(gòu)造力學模型，解出了背斜、向斜構(gòu)造撓度、轉(zhuǎn)角、彎矩及剪力的理論解，并得到了褶曲能量密度微分方程。結(jié)果表明，影響褶曲構(gòu)造撓度的主要因素有構(gòu)造應(yīng)力、地基剛度、抗彎截面剛度、埋深和巖層性質(zhì)，影響褶曲彎矩的主要因素為構(gòu)造應(yīng)力、抗彎截面剛度和地基剛度。采用Origin軟件函數(shù)繪圖功能給出了幾個算例，研究了構(gòu)造力偶及地基剛度對褶曲撓度、彎矩的影響規(guī)律。
　　(2)基于材料力學，分析了褶皺不同位置處彎曲正應(yīng)力，解釋了現(xiàn)場觀測

3、到的有些礦井向斜軸部沖擊危險高，有些則是翼部較高，而有些背斜軸部沖擊危險極大的現(xiàn)象。
　　(3)基于UDEC數(shù)值軟件，通過研究不同推進步距下采掘工作面煤壁前方支承壓力演化規(guī)律、支承壓力峰值處E0-EC值和tanα值變化規(guī)律，分析了現(xiàn)場常見的向斜軸部及背斜翼部沖擊危險較大的現(xiàn)象。結(jié)果表明，在采掘工作面“接近-遠離”褶曲構(gòu)造應(yīng)力集中區(qū)時，煤壁前方支承壓力與構(gòu)造應(yīng)力發(fā)生“連接-疊加-分離”現(xiàn)象，連接區(qū)和疊加區(qū)是沖擊危險嚴重區(qū)域;隨著工作

4、面與最大沖擊危險區(qū)域不斷接近，煤壁前方支承壓力峰值處E0-EC值及tanα值不斷增大，沖擊失穩(wěn)危險不斷增強，當工作面推過最大沖擊危險區(qū)域時，兩者皆開始下降，沖擊危險有所降低。
　　(4)通過FLAC3D數(shù)值模擬，采用正交試驗的方法，研究了鉆孔直徑、間距、深度及煤層埋深對卸壓效果的影響。結(jié)果表明，鉆孔直徑越大，間距越小，孔深越大，卸壓效果越好;鉆孔深度必須超過應(yīng)力集中區(qū)一定范圍，否則卸壓效果不明顯，乃至于會增大沖擊危險發(fā)生幾率;卸壓