项目名称: 断层构造与孤岛工作面冲击地压的互馈机制研究

项目编号: No.41502184

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 天文学、地球科学

项目作者: 王宏伟

作者单位: 中国矿业大学(北京)

项目金额: 23万元

中文摘要: 本项目旨在定量描述断层构造特征与孤岛工作面冲击失稳的相关性及作用机制,建立断层赋存时孤岛工作面高地应力与强开采条件下煤岩体动力失稳的触发条件,预测冲击失稳的危险区域。通过地质探测建立断层赋存条件下孤岛工作面岩层的三维可视化数值模型,研究断层构造特征对孤岛工作面采动应力场的影响机制。对比分析孤岛工作面通过正断层和逆断层时断层构造的力学特性,研究在断层形成过程中已经受过变形破坏的孤岛工作面裂隙煤岩体在采动应力作用下的工程动力响应特征。研究构造应力场与采动应力场耦合作用下孤岛工作面煤岩体能量积聚、传递、转化与释放的时空特征和演化规律,分析断层面上能量的稳定态积聚和非稳定态释放的非线性动力学过程。揭示顶板初次裂断或周期性裂断时煤岩体能量释放的激增机制,建立断层赋存条件下孤岛工作面煤岩体瞬时失稳的触发条件,预测孤岛工作面和采场巷道冲击地压的危险区域。本研究对于煤炭安全开采具有科学意义和工程指导价值。

中文关键词: 断层构造;孤岛工作面;冲击地压;采动应力;能量积聚

英文摘要: The aims of this study are to quantitatively determinate the correlation between faults structure characteristics and the coal bump, establish an important threshold of coal bump occurrence under the condition of high in-situ stress and intensive mining and assess the risk zone of coal bumps during extraction of an island longwall panel. Based on the 3D visual numerical model which is established by the method of faults filed detection, the influencing mechanism of faults structure characteristics to mining-induced stress is analyzed. Through the contrastive analysis of mechanical behavior between normal fault and reverse fault during extraction of the island longwall panel, the engineering dynamic response of faults is studied under the condition of intensive deformed and destructed surrounding rocks. The space-time evolution characteristics of energy accumulation, propagation, conversion and release of surrounding rocks are investigated under the coupling of tectonic stress and mining induced stress. The nonlinear dynamic process of stable accumulation and unstable release of faults energy is also a major concern of this study. The mechanism of energy instant release of surrounding rocks is revealed when the first or periodic roof breaking occurs. Based on the above results, the important threshold of coal bump occurrence under the condition of faults is established and the risk zone of coal bumps is assessed during extraction of the island longwall panel. This study will present a mining safety prospect of island longwall panels with a scientific and engineering guidance value.

英文关键词: faults structure;island longwall panel;coal bump;mining-induced stress ;energy accumulation

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