掘进巷道煤与瓦斯突出机理的应力演化过程研究

发布时间：2024-04-02 23:10

　　长期以来,煤与瓦斯突出都是一种后果严重、机制复杂、治理困难的煤矿事故。煤巷掘进工作面是煤与瓦斯突出事故发生的主要区域,突出事故一直没有得到根本性的遏制,主要有3个方面的难点:(1)与回采工作面相比,掘进工作面地质环境和地应力状态相对更加不明了,防控难度大;(2)与回采面相比,煤层卸压不够充分,应力集中现象更为显著;(3)掘进面煤层瓦斯抽采难度大,突出危险性更大。在煤层巷道掘进中,掘进工作面前方煤体处于集中应力状态且变形严重,应力作用下的煤层失稳是诱导煤与瓦斯突出发生的重要原因。从煤矿掘进现场的经验总结来看,掘进速度较快的时候瓦斯涌出量出现明显的异常波动,煤层动力现象也更为剧烈,突出危险性增强。目前,煤的坚固性系数、煤的破坏类型、钻屑量、钻孔瓦斯压力以及掘进面瓦斯涌出量等参数被广泛应用于掘进巷道煤与瓦斯突出的鉴定和预测中,取得了较好的效果,但是突出启动以及各种鉴定和预测方法的机理仍然不明确。工作面前方煤体随掘进作业的动态响应规律以及各种鉴定和预测指标与应力之间的关系,仍然需要更为深入的研究。基于上述认识,本文以掘进工作面的应力作为主要研究对象,应用岩石力学、损伤力学、分子动力学和弹塑性力...

【文章页数】：170 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图2.5蝶形塑性区的形态

(a)(b)图2.5蝶形塑性区的形态Fig.2.5Morphologyofbutterflyplasticzone该猜想中的力学模型有以下几个方面的优点：（1）该力学模型考虑了掘进面地应力的不均等情况，并给出了合理的力学式。（2）该模型给出了掘进面前方的应力状态和....

图2.14理想弹塑性假设下塑性区宽度和集中应力与内摩擦角之间的关系

侧压系数为1，原岩应力为10MPa。这时根据前文推导得出的应力计算表达式可以得出掘进工作面前方应力场与巷道高度之间的关系如图2.13所示。图2.13理想弹塑性假设下掘进面应力状态与煤的内摩擦角之间的关系Fig2.13Therelationshipbetween....

图2.16理想弹塑性假设下塑性区宽度和集中应力与单轴抗压强度之间的关系

达式可以得出掘进工作面前方应力场与巷道高度之间的关系如图2.15所示，塑性区宽度和集中应力值随抗压强度变化的具体值如图2.16所示。图2.15理想弹塑性假设下掘进面应力状态与煤的单轴抗压强度之间的关系Fig.2.15Therelationshipbetween....

图2.18理想弹塑性假设下塑性区宽度和集中应力与原岩应力之间的关系

煤的单轴抗压强度为4MPa，侧压系数为1。这时根据前文推导得出的应力计算表达式可以得出掘进工作面前方应力场与巷道高度之间的关系如图2.17所示。图2.17理想弹塑性假设下掘进面应力状态与原岩应力之间的关系Fig.2.17Therelationshipbetwee....

本文编号：3946343