采場圍巖力鏈成殼機(jī)制及力學(xué)特征研究.pdf

1、本論文采用室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、相似模擬試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及理論分析相結(jié)合的研究方法，以力鏈為研究主線，對采場圍巖載荷傳遞路徑方式以及圍巖的力學(xué)特征進(jìn)行系統(tǒng)研究，揭示采場圍巖載荷傳遞機(jī)理和力鏈成殼機(jī)制。論文的研究為煤礦的安全高效開采提供基礎(chǔ)理論，進(jìn)一步豐富了采場圍巖礦壓理論。主要取得以下研究成果:
　　對采場頂?shù)装鍑鷰r的力學(xué)行為進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，獲得了圍巖的物理力學(xué)參數(shù)并且實(shí)現(xiàn)了采場圍巖力學(xué)環(huán)境的評價(jià)，為采場圍巖的力鏈分析奠定了參數(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)

2、進(jìn)一步分析了圍巖損傷破壞與力鏈演化、微裂紋擴(kuò)展以及能量演化之間的響應(yīng)規(guī)律?；陬w粒離散元法對采場圍巖的力鏈成殼機(jī)制進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沿工作面走向和傾向采場覆巖頂板均呈現(xiàn)拱形力鏈，走向和傾向力鏈拱在空間上形成力鏈殼。隨著工作面推進(jìn)，力鏈殼的強(qiáng)度和范圍逐漸增大，且采空區(qū)后方逐漸呈現(xiàn)弱力鏈分布，上覆巖體荷載通過力鏈殼中強(qiáng)力鏈傳遞到工作四周煤巖體內(nèi)形成力鏈集中，形成殼基，這也是采場圍巖形成支承壓力的力學(xué)本質(zhì)。而且采場圍巖的接觸力鏈從原先初始平衡狀態(tài)

3、的縱橫交錯(cuò)的閉合力鏈到開采擾動之后形成準(zhǔn)直線狀的拱形力鏈，通過傅立葉公式擬合得到了力鏈殼不同關(guān)鍵部位（殼基、殼肩和殼頂）時(shí)的偏轉(zhuǎn)角，揭示了應(yīng)力殼是力鏈集束傳遞的宏觀體現(xiàn)。對采場圍巖的應(yīng)力場、位移場和破壞特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)沿工作忙走向和傾向方向上煤壁前方和開切眼后方一定范圍內(nèi)存在應(yīng)力集中，而且隨著工作面的持續(xù)推進(jìn)，應(yīng)力集中現(xiàn)象更加明顯，且這一區(qū)域在回采過程中是逐漸變化的，在采場覆巖中形成應(yīng)力拱，在采場三維空間形成應(yīng)力殼。在三維應(yīng)力殼理論的