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星村煤矿深部1200m采区动静载叠加诱冲原理及应用研究

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1 绪论

1.1研究背景及意义(The Searching Backgrounds and Meanings)

1.2 冲击矿压机理研究现状(Research Status of Rock Burst Mechanism)

1.3 论文研究思路(Researching Ideas of This Paper)

2 星村矿西翼开采地质条件

2.1 星村煤矿概况(Situations of Xingcun Coal Mine)

2.2 研究采区地质、采矿情况( Geological and Mining Conditions of Researching Area)

2.3 西翼三采区冲击矿压现状(Present Situations of NO.3 Mining Area , West Wing)

2.4 西翼三采区煤岩冲击倾向性测定(Rock Burst Orientation Appraisal NO.3 Mining Area ,West Wing)

2.5 小结(Summary)

3 星村矿西翼静载应力场分析

3.1 自重应力场(Gravity Stress Field)

3.2 构造应力(Constructor Stress Field)

3.3 地应力现场观测研究(The Research of Crustal Stress)

3.4 支承压力(Bearing Stress)

3.5 对于静载荷的一些想法(Ideas about Static Load)

3.6 小结(Summary)

4 深部动载震动场分析

4.1 冲击矿压和矿震( The Relationship between Rock Burst and Mine Earthquake)

4.2 顶板破断引发的震动(The Mine Earthquake Caused by Roof Break)

4.3 断层运动的诱冲原理(The Rock Burst Caused by Faults)

4.4 对于动载荷的一些想法(Ideas about Dynamic Load)

4.5 小结(Summary)

5 深部动静载叠加诱冲原理

5.1 动静载叠加诱冲机理(Rock Burst Mechanism Caused by Dynamic and Static Combined Load)

5.2 煤样在不同静载条件下的动力力学特征( Dynamic Mechanical Character of Coal under Different Static Load)

5.3 煤体抗冲击性能分析(The Anti-burst Ability of Coal)

5.4 支护抗冲击性能分析(The Anti-burst Ability of Supporting System)

5.5 对于诱冲机理的一些想法(Ideas about the Mechanism)

5.6 “大静小动”诱发冲击事件分析(Rock Burst Event Caused by Big Static Load and Small Dynamic Load)

5.7 “大动远距”诱发冲击事件分析(Rock Burst Event Caused by Big Static Load and Big Dynamic Load That Far away)

5.8 小结(Summary)

6 星村矿西翼冲击矿压防治的现场实践

6.1 工作面回采的 FLAC3D 模拟( The FLAC3D Simulation of 3308 Working Face)

6.2 工作面冲击危险评价(The Danger Evaluation of Rock Burst)

6.3 冲击危险防治方案(Control Schemes of Dangerous Areas)

6.4 小结(Summary)

7 主要结论

参考文献

作者简历

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摘要

星村煤矿属于千米深井,西翼三采区平均深度为1200m,最深的工作面达到了1300m。采深增加致使深部煤岩体应力水平随之升高,矿山压力显现更加剧烈和复杂,尤其是冲击矿压的频度和烈度不断增加。深部矿井自重应力大,受构造和采动影响之后产生的静载荷高,往往近处较小的震动或者远处较大的矿震就能诱发冲击。所以深部矿井由静载荷占主导,动载荷很大程度上起诱发冲击的作用,因此研究深部矿井冲击矿压发生原理对于保障煤矿深部安全开采具有重要意义。
  本文通过理论分析、现场实测、数值模拟等方式对星村煤矿深部采区静载荷的构成进行研究,并对深部矿井与浅部矿井动静载的区别进行分析,总结出深部载荷所独有的特点,据此进行相应的防治。对于动载荷,结合现场实践分析了矿震与冲击的主要区别,并理论分析了顶板破断、断层运动诱发的震动及其对冲击的影响。最后结合动静载叠加诱冲机理及深部动载荷和静载荷构成特点,分析深部“小动大静”、“大动远距”的冲击发生原理,并结合实际案例进行分析。
  深部矿井采深大造成自重应力高,受构造、采掘等因素影响导致静载荷远大于一般浅部矿井;对星村矿西翼三采区地应力进行观测,实测矿区各点垂直应力为31.3~31.6MPa,最大水平应力为67.9MPa,最大水平应力与垂直应力的比值约为2.1,构造应力作用强烈;采用FLAC3D数值模拟软件对3308工作面周围应力状态及回采中应力分布进行了模拟,3308工作面扩面期间、断层处应力集中,回采时工作前方应力叠加,静载荷进一步加大。
  冲击矿压与矿震是并存关系,每一次冲击矿压的发生都与岩体震动有关,但并非每一次岩体震动都会引发冲击矿压。本文对顶板破断、断层运动诱发的冲击进行分析,顶板初次来压、周期来压、见方期间工作面周围应力均会产生集中,同时顶板断裂产生的震动能量也达到最大,动静载峰值重叠极易诱发冲击;断层周围往往应力集中且断层破碎带煤岩破碎,巷道维护困难,工作面采动靠近断层20m以内,断层会造成工作面顶板急剧下沉、顶板断裂,顶板中积聚的弹性能突然释放形成高能矿震诱发冲击。本文对支护系统的抗冲能力进行了分析,星村煤矿支护系统所能抵抗的矿震能量等级为4.5~6.1kJ/m2。
  根据动静载叠加诱冲机理,分析了星村煤矿3308工作面冲击矿压影响因素,对工作面冲击危险性进行了评价,提出了冲击矿压的日常及重点预防区域和治理措施,指导了星村煤矿西翼三采区3308工作面生产实际,取得了良好的效果。

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