“三下”條帶開采局部化災(zāi)害監(jiān)測(cè)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(gè)重要特征和致災(zāi)前兆。在開采擾動(dòng)作用下，其局部化變形直接導(dǎo)致了巖石整體強(qiáng)度的降低，使工程巖體的承載能力下降。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)局部化失穩(wěn)是實(shí)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(dòng)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(jìn)監(jiān)測(cè)方法，合理確定局部化失穩(wěn)的多元指標(biāo)信息，尋找條帶開采局部化災(zāi)害預(yù)報(bào)與控制方法，這是煤炭安全開采中面臨的一個(gè)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(cè)試、物理相似模擬、三維數(shù)值模擬、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(cè)體系，指導(dǎo)了生產(chǎn)實(shí)踐，保證了安全開采。 （1）現(xiàn)場(chǎng)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(hù)工程的局部區(qū)域變形、局部位置強(qiáng)度劣化誘發(fā)工程失穩(wěn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)，分析了煤樣在不同加載與破裂階段聲發(fā)射特征統(tǒng)計(jì)規(guī)律。同時(shí)完成了黃土的物理指標(biāo)與濕陷特征參數(shù)實(shí)驗(yàn)以及固結(jié)不排水條件下的三軸實(shí)驗(yàn)，得出了黃土物理指標(biāo)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，進(jìn)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(jì)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(gè)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(gè)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(dāng)冒落發(fā)展到基巖厚度不足以承擔(dān)松散覆蓋層重量時(shí)，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(huì)造成礦井水災(zāi)。同時(shí)，相似材料模擬實(shí)驗(yàn)表明，由于存在個(gè)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(rèn)識(shí)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(jì)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(cè)的基本內(nèi)涵以及可監(jiān)測(cè)性，系統(tǒng)地闡述了各個(gè)指標(biāo)信息的監(jiān)測(cè)與信息獲取方法，構(gòu)建了條帶開采局部化災(zāi)害監(jiān)測(cè)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(shí)驗(yàn)和三維有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算，綜合對(duì)比分析了圍巖變形規(guī)律，覆巖與煤柱強(qiáng)度劣化特征，確定了合