“三下”條帶開采局部化災(zāi)害監(jiān)測基礎(chǔ)研究.pdf

1、巖石的局部化變形是巖土材料變形失穩(wěn)的一個重要特征和致災(zāi)前兆。在開采擾動作用下，其局部化變形直接導(dǎo)致了巖石整體強度的降低，使工程巖體的承載能力下降。準確預(yù)測局部化失穩(wěn)是實現(xiàn)安全開采的關(guān)鍵技術(shù)之一。要從本質(zhì)上解決這一技術(shù)難題，就需要研究開采擾動區(qū)圍巖和煤柱局部化破壞規(guī)律以及開采引起的局部化失穩(wěn)與發(fā)展過程；利用先進監(jiān)測方法，合理確定局部化失穩(wěn)的多元指標信息，尋找條帶開采局部化災(zāi)害預(yù)報與控制方法，這是煤炭安全開采中面臨的一個重大的科學(xué)問題。本論

2、文基于理論分析、煤柱體介質(zhì)的物理力學(xué)性態(tài)聲發(fā)射測試、物理相似模擬、三維數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測等方法和手段，系統(tǒng)分析了由于局部自然和技術(shù)條件發(fā)生異常性的變化而導(dǎo)致局部化災(zāi)害，建立了監(jiān)測體系，指導(dǎo)了生產(chǎn)實踐，保證了安全開采。 （1）現(xiàn)場工程調(diào)查表明，典型礦區(qū)條帶開采區(qū)域煤層的賦存環(huán)境與頂板結(jié)構(gòu)存在空間變異性。自然或工程的某些條件的局部變化可能導(dǎo)致保護工程的局部區(qū)域變形、局部位置強度劣化誘發(fā)工程失穩(wěn)進而演化為災(zāi)害。 （2）利用煤巖

3、局部化損傷與破裂聲發(fā)射實驗，分析了煤樣在不同加載與破裂階段聲發(fā)射特征統(tǒng)計規(guī)律。同時完成了黃土的物理指標與濕陷特征參數(shù)實驗以及固結(jié)不排水條件下的三軸實驗，得出了黃土物理指標統(tǒng)計規(guī)律，進一步揭示了巖（土）體具有局部化失穩(wěn)并導(dǎo)致局部性災(zāi)害的可能性。 （3）通過物理相似模擬和數(shù)值計算，深入分析了煤柱局部化變形導(dǎo)致局部區(qū)域破壞過程及演化規(guī)律。研究表明，由于個別缺陷煤柱的破壞，而導(dǎo)致的局部化災(zāi)害過程主要包括3個階段，即缺陷煤柱的破壞階段、煤

4、柱破壞發(fā)展階段和局部區(qū)域突發(fā)塌陷階段。隨著煤柱破壞發(fā)展，當冒落發(fā)展到基巖厚度不足以承擔松散覆蓋層重量時，在松散覆蓋層作用下發(fā)生切頂災(zāi)害。地表和第四系水體破壞，就會造成礦井水災(zāi)。同時，相似材料模擬實驗表明，由于存在個別的“缺陷煤柱”，造成應(yīng)變軟化導(dǎo)致局部化災(zāi)害的演化過程，可以認識到一些相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)問題。及早發(fā)現(xiàn)“缺陷煤柱”是防止局部化災(zāi)害的首要任務(wù)；層狀圍巖體的構(gòu)成特征，是判斷煤柱破壞發(fā)展階段冒落高度的基礎(chǔ)；頂板覆蓋層含水體賦存層位及富

5、水性，是判斷煤柱破壞發(fā)展階段是否發(fā)生水災(zāi)的依據(jù)；控制局部化災(zāi)害是優(yōu)化條帶開采設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)之一；松散層厚度決定局部化災(zāi)害的突發(fā)性階段。 （4）深入分析了條帶開采局部化誘發(fā)災(zāi)害監(jiān)測的基本內(nèi)涵以及可監(jiān)測性，系統(tǒng)地闡述了各個指標信息的監(jiān)測與信息獲取方法，構(gòu)建了條帶開采局部化災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)。 （5）基于條帶開采的煤柱局部化變形規(guī)律的物理相似模擬實驗和三維有限差分數(shù)值計算，綜合對比分析了圍巖變形規(guī)律，覆巖與煤柱強度劣化特征，確定了合