煤岩体蠕变本构关系及其稳定性研究

摘要

随着煤矿开采深度的增加,井下开采条件越来越复杂,煤岩体的灾变失稳问题变得愈加突出。由于受到深部煤层煤岩蠕变特性的影响,煤岩体延迟失稳及高瓦斯矿井中的煤与瓦斯延迟突出事故时有发生,这些事故的延时性和隐蔽性对煤矿安全的危害极大。因此,研究深部煤岩体的蠕变本构关系,并对其延迟失稳机理进行分析,对于煤矿安全具有重要的理论和实践意义。
　　文中采用理论分析、实验室试验及数值计算等方法,进行了深部煤岩体蠕变本构关系的研究,并对井巷预留煤柱以及高瓦斯矿井中煤岩体进行了稳定性分析。
　　对煤岩的蠕变本构关系的研究,基于粘塑性统一本构模型,结合煤岩的力学特性,引入软化函数、硬化函数,提出了一种新的时变参数的非线性蠕变模型—TPM模型;采用TPM模型,从能量角度,利用最小势能原理分析了煤柱的稳定性,得到其蠕变失稳判据。同时,文中结合煤岩单轴压缩蠕变试验结果,通过对煤岩蠕变方程进行数值计算,得出 TPM模型更能反映煤岩的蠕变过程;并根据文中所提出的失稳判据,针对沿空留巷开采时的预留煤柱,计算得到了煤柱的延迟失稳时间,计算结果反映了基于 TPM模型的稳定性能量分析法对工程实践具有指导意义。
　　此外,针对高瓦斯矿井中的煤岩,基于有效应力原理,考虑瓦斯流动因素和瓦斯压力带来的损伤,提出了含瓦斯煤岩体的TPM模型;采用最小势能原理分析了掘进面煤岩体的延迟失稳过程,结果表明:初始瓦斯压力P越大,失稳判据U变化速度越快,即破坏速度越快。

目录

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1 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2煤岩蠕变理论的研究现状

1.3煤岩稳定性机理研究现状

1.4研究内容及技术路线

2 煤岩体蠕变本构关系的研究及稳定性分析

2.1 煤岩体蠕变本构关系的研究

2.2煤柱稳定性分析

2.3 本章小结

3 煤岩单轴压缩蠕变试验研究

3.1 煤岩单轴压缩蠕变试验

3.2 实验结果

3.3蠕变模型的参数拟合方法及结果

3.4煤柱稳定性分析

3.5本章小结

4含瓦斯煤岩体蠕变本构关系及延迟失稳研究

4.1含瓦斯煤岩体的蠕变本构关系以及稳定性研究

4. 2掘进面煤岩体稳定性实例分析

4.3 本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附 录