煤層群上行采動(dòng)堅(jiān)硬頂板能量釋放耗散及其防沖機(jī)理研究.pdf

1、近距離煤層群堅(jiān)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(guān)于裂隙巖體本構(gòu)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(gòu)模型尚未建立，對于上行卸壓開采防治沖擊地壓機(jī)理的研究主要集中在覆巖應(yīng)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(jìn)行系統(tǒng)研究。然而，煤巖體的變形破壞是一種能量驅(qū)動(dòng)下的狀態(tài)失穩(wěn)現(xiàn)象，具有強(qiáng)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(zhì)力學(xué)理論與能量理論相結(jié)合來研究煤層群上行開采防沖機(jī)理是一種有效的方法。本文采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合，對煤層群上行開采能量釋放與耗散規(guī)律及其防沖機(jī)理進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，主要工作如下:
　　(1)以連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了基于能量耗散的初始損傷巖體本構(gòu)方程，試驗(yàn)揭示了不同巖性巖石循環(huán)加卸載時(shí)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(gòu)方程中各項(xiàng)參數(shù)的取值。
　　(2

3、)推導(dǎo)了初始損傷巖體本構(gòu)方程的增量差分格式，采用VC++語言實(shí)現(xiàn)了初始損傷巖體本構(gòu)模型在FLAC3D中的開發(fā)，采用標(biāo)準(zhǔn)試件的單軸壓縮試驗(yàn)驗(yàn)證了本構(gòu)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(gòu)模型對煤層群上行開采過程進(jìn)行模擬計(jì)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(jià)煤巖石沖擊傾向性的沖擊能指標(biāo)，提出了基于損傷的沖擊傾向性評價(jià)指標(biāo)，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(qū)動(dòng)區(qū)和無明顯影響區(qū)，建立了沖擊地壓發(fā)生的能量驅(qū)動(dòng)機(jī)理，推導(dǎo)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(zhì)和開采條件，對各煤層的沖擊地壓損傷判據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，通過室內(nèi)試驗(yàn)獲得了上行開采時(shí)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(jìn)行了評價(jià)，并得到了現(xiàn)場開采的驗(yàn)