缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用.pdf

分类号分类号TD32TD32密密级级 公公开开 U D CU D C 单位代码单位代码 1042410424 学学 位位 论论 文文 缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用 缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用 姜世元姜世元 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位专业专业名名称称工程力学工程力学 指导教师姓名指导教师姓名潘潘 立立 友友职职称称教教授授 山山 东东 科科 技技 大大 学学 二零一零年六月二零一零年六月 论文题目论文题目论文题目 论文题目 缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用 缺陷法控制冲击地压的力学分析及应用 作者姓名作者姓名作者姓名 作者姓名 姜世元姜世元入学时间入学时间入学时间 入学时间 200720072007 2007 年年 9 9 9 9 月月 专业名称专业名称专业名称 专业名称 工程力学工程力学研究方向研究方向研究方向 研究方向 矿山工程力学矿山工程力学 指导教师指导教师指导教师 指导教师 潘立友潘立友职职职 职 称称称 称 教教授授 论文提交日期论文提交日期论文提交日期 论文提交日期 201020102010 2010 年年 6 6 6 6 月月 论文答辩日期论文答辩日期论文答辩日期 论文答辩日期 201020102010 2010 年年 6 6 6 6 月月 101010 10 日日 授予学位日期授予学位日期授予学位日期 授予学位日期 MECHANICALMECHANICALMECHANICAL MECHANICAL ANALYSISANALYSISANALYSIS ANALYSIS ANDANDAND AND APPLICATIONAPPLICATIONAPPLICATION APPLICATION OFOFOF OF ROCKBURSTROCKBURSTROCKBURST ROCKBURST CONTROLCONTROLCONTROL CONTROL WITHWITHWITH WITH DEFECTSDEFECTSDEFECTS DEFECTS A A A A DissertationDissertationDissertation Dissertation tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements ofofof of thethethe the degreedegreedegree degree ofofof of MASTERMASTERMASTER MASTER OFOFOF OF ENGINEERINGENGINEERINGENGINEERING ENGINEERING fromfromfrom from ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and TechnologyTechnologyTechnology Technology b b b b y y y y JiangShiyuanJiangShiyuanJiangShiyuan JiangShiyuan SupervisorSupervisorSupervisor Supervisor ProfessorProfessorProfessor Professor PanLiyouPanLiyouPanLiyou PanLiyou CollegeCollegeCollege College ofofof of NaturalNaturalNatural Natural ResourcesResourcesResources Resources andandand and EnvironmentalEnvironmentalEnvironmental Environmental EngineeringEngineeringEngineering Engineering JuneJuneJune June 201020102010 2010 声声明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交交 于其它任何学术机关作鉴定。于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日期期 AFFIRMATIONAFFIRMATIONAFFIRMATION AFFIRMATION I I I I declaredeclaredeclare declare thatthatthat that thisthisthis this dissertation,dissertation,dissertation, dissertation, tedtedted ted ininin in fulfillmentfulfillmentfulfillment fulfillment ofofof of thethethe the requirementsrequirementsrequirements requirements forforfor for thethethe the awardawardaward award ofofof of MasterMasterMaster Master ofofof of PhilosophyPhilosophyPhilosophy Philosophy ininin in ShandongShandongShandong Shandong UniversityUniversityUniversity University ofofof of ScienceScienceScience Science andandand and Technology,Technology,Technology, Technology, is is is is whollywhollywholly wholly mymymy my ownownown own workworkwork work unlessunlessunless unless referencedreferencedreferenced referenced ofofof of acknowledge.acknowledge.acknowledge. acknowledge. TheTheThe The documentdocumentdocument document hashashas has notnotnot not beenbeenbeen been tedtedted ted forforfor for qualificationqualificationqualification qualification atatat at anyanyany any otherotherother other academicacademicacademic academic institute.institute.institute. institute. SignatureSignatureSignature Signature DateDateDate Date 山东科技大学硕士论文摘要 摘摘要要 我国煤矿冲击地压煤层的开采设计和实施仍然停留在对开采覆岩运动和应力场分 布发展规律不清的发展阶段，这是当前煤矿冲击地压事故频繁，特别是重大灾害事故没 有从根本上得到控制，开采经济效益低的重要原因之一。理论研究和生产实践证明,随 着开采深度的增加，目前常规卸压方式不能充分根治冲击地压的发生，需要研究利用冲 击地压能量的空间和时间上的充分释放，以达到控制破坏性冲击地压的目的。因此，冲 击地压防治的关键在于对煤岩体在不同应力状态下的破坏过程的分析基础上， 通过降低 应力、改变煤岩体能量释放模式等手段，达到控制破坏性冲击地压的目的。本课题从改 变煤岩体应力分布和能量释放模式入手，通过人为制造空洞等工程缺陷，达到控制冲击 煤岩体能量稳定、有序释放的目的，实现冲击地压的有效控制，该研究对推进冲击地压 的防治具有重要意义。主要研究内容如下 1）研究缺陷结构尤其是工程缺陷，在改变煤岩体应力分布、能量释放中的影响作 用。证明工程缺陷控制冲击地压理论上依据。 2）通过数值模拟软件 RFPA，模拟分析缺陷结构的尺寸、位置、以及围岩岩性等在 改变煤岩体应力分布以及能量释放时的影响因素。 3）针对不同类型的高应力冲击危险区域，提出了相应的工程缺陷控制冲击地压的 新方法，并且在煤矿现场的应用中收到良好效果，证明了缺陷法控制冲击地压的可行性 和有效性。 关键词关键词冲击地压；工程缺陷；能量释放；RFPA 数值模拟；影响因素；应力分布 ； 山东科技大学硕士论文摘要 AbstractAbstractAbstract Abstract The movements of cover rock and the distribution law are still not quite clear in mining design and implementation of rock burst seam in our country. Thisisthe one reason why rock burst happens frequently and could not be controlled radically. As the growth of the mining depth, the regular of rock burst control can not reach the ideal effect. The new of rock burst controlisneeded, according the fully release of rock burst energy in space and time. So the key of rock burst controlischanging the stress state and the pattern of energy release. This paper study the of rock burst control by making engineering defect to control the stress state and energy release of rock mass. The main study contents as follow 1Study defect especially engineering defect, the effect in changing the stress state and energy release of rock mass. Prove the rock burst control with defect theoretically. 2Simulate the effect of size, position and the surrounding rockproperty of defect in changing stress state and energy release by RFPA. 3Suggest new ways of rock burst control by making engineering defect in different areas. And receive ideal effect in coal mine site. Proved the effectiveness and the feasibility of the new . KeywordsKeywordsKeywords Keywords Rock burst; Engineering defect; Energy release;RFPAnumerical simulation; Influencing factors; Stress distribution; 山东科技大学硕士论文目录 目录目录目录 目录 1 1 1 1 绪论绪论. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1 1 1 1.1 课题的提出及研究意义................................................................................................ 1 1.2 国内外研究现状........................................................................................................... 2 1.3 课题研究的主要内容、方法........................................................................................ 7 2 2 2 2 缺陷控制冲击地压力学分析缺陷控制冲击地压力学分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 8 8 8 2.1 缺陷介质定义............................................................................................................... 8 2.1 冲击地压影响因素..................................................................................................... 10 2.2 冲击地压现象类型......................................................................................................11 2.3 天然缺陷结构的力学机理分析.................................................................................. 12 2.4 人造缺陷结构力学机理.............................................................................................. 15 2.4 本章小结..................................................................................................................... 24 3 3 3 3 数值模拟分析数值模拟分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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本章小结..................................................................................................................... 41 4 4 4 4 缺陷法控制冲击地压分析应用缺陷法控制冲击地压分析应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424242 42 4.1 冲击地压传统控制手段............................................................................................. 43 4.2 缺陷法控制冲击地压.................................................................................................. 50 4.3 缺陷结构在支承压力区位置选择.............................................................................. 60 4.3 本章小结..................................................................................................................... 63 山东科技大学硕士论文目录 5 5 5 5 工程实践工程实践. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656565 65 5.1 3137 工作面概况......................................................................................................... 65 5.2 3137 上山煤柱危险性分析......................................................................................... 65 5.3 冲击危险性评价.......................................................................................................... 66 5.4 效果检验..................................................................................................................... 71 5.5 本章小结..................................................................................................................... 74 6 6 6 6 主要结论与展望主要结论与展望. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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