復雜煤巖體結構動力失穩(wěn)預報與控制研究.pdf

1、針對煤巖體在開采擾動影響下由于動力載荷的作用將發(fā)生復雜的運動演化過程，形成新的更為復雜的煤巖體結構。尤其在急傾斜煤層水平分段綜放開采中，煤巖體可形成大型的類斷層結構。類斷層結構所受的應力水平變化特異，煤巖體結構在高應力強卸荷作用下結構發(fā)生嚴重畸變，出現煤巖體結構動力結構動力失穩(wěn)、沖擊地壓、大面積片幫和大體積冒頂等動力失穩(wěn)現象。
　　通過變尺度平-立物理相似模擬實驗模擬類斷層結構演化規(guī)律，基于三維數值模擬進行復雜煤巖體結構動力作用特

2、征分析，總結動力失穩(wěn)災害的破壞特征。復雜煤巖體典型的物質性、結構性與賦存性特有本質特征是控制動力學災害的關鍵因素。在采動擾動影響下，頂板巖層經歷“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形成不斷演化的拱狀結構，拱狀結構形態(tài)的演化是由半圓拱結構逐漸演化為拱高大、跨度長的近似拋物線狀的拱結

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

4、超規(guī)模的長距離、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，強度高的第二類頂板發(fā)生失穩(wěn)，第二類傾覆頂板產生了第二次強度更大的動力載荷，致使大型類斷層結構整體活化，可能誘發(fā)更大強度和規(guī)模的動力載荷的產生。
　　復雜煤巖體結構動力失穩(wěn)的特點是在開采擾動影響下，工作面內部小結構的不斷演化運動，致使極不穩(wěn)定的拱狀結構發(fā)生失穩(wěn)，誘發(fā)工作面的頂底圍巖結構失穩(wěn)，最終誘發(fā)大型類斷層結構活化整條連鎖反

5、應，所形成的超大規(guī)模采空區(qū)一旦發(fā)生整體動力失穩(wěn)，將對礦井安全造成嚴重影響，極有可能誘發(fā)為災害。
　　基于能量積聚和釋放的圍巖結構動力失穩(wěn)前兆信息研究，利用應力應變、聲發(fā)射、鉆孔窺視等聲、光、電監(jiān)測手段，利用“聲-震-波-力”指標多參量信息的綜合分析，提出復雜煤巖體結構動力失穩(wěn)多參量動力失穩(wěn)預測方法。針對應力、應變、聲發(fā)射、鉆孔窺視等判定指標需要綜合判定復雜煤巖體結構動力失穩(wěn)，復雜煤巖體結構動力失穩(wěn)危險性綜合評價函數。
　　通

6、過對圍巖地質條件和力學行為及其演化規(guī)律等綜合研究，建立災害快速動態(tài)預測與動態(tài)調控新工藝。利用井上下爆破、注水等弱化技術手段，將大型煤巖體破斷釋放產生的集中載荷，并強化支護體系，形成煤巖體結構穩(wěn)定性控制方法。且通過建立多源信息耦合的煤巖體穩(wěn)定性動態(tài)實時評估系統，為煤巖體結構動力失穩(wěn)預測預報提供新的方法，最終形成復雜煤巖體結構穩(wěn)定性評價、預測和控制的系列化實用理論和技術，為開采礦井整體安全穩(wěn)定提供保障，對煤礦安全開采具有重要的科學價值和工業(yè)