亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        斷層沖擊地壓的影響因素分析

        2020-06-30 07:55:44李忠華包思遠(yuǎn)尹萬蕾
        關(guān)鍵詞:錯動煤柱采空區(qū)

        李忠華,梁 影,包思遠(yuǎn),尹萬蕾

        (1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院,遼寧 阜新 123000; 2.安陽工學(xué)院機械工程學(xué)院,河南 安陽 455000)

        0 引言

        沖擊地壓又稱巖爆,常發(fā)生在井巷或工作面周圍巖體,是一種復(fù)雜的巖石力學(xué)動力現(xiàn)象,具有很大的破壞性,也是煤炭開采過程中的嚴(yán)重災(zāi)害之一。世界上很多國家都不同程度的受到?jīng)_擊地壓的威脅,對沖擊地壓的發(fā)生條件及影響因素進(jìn)行研究顯得尤為重要。由于煤層賦存條件千變?nèi)f化,地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,開采技術(shù)條件變化多端,造成煤巖動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和外部環(huán)境多種多樣,所以,沖擊地壓的誘發(fā)因素和顯現(xiàn)形式也是多種多樣的,應(yīng)采取科學(xué)的方法進(jìn)行沖擊地壓分類,進(jìn)而針對不同類型沖擊地壓進(jìn)行研究,實現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測和有效防治[1-4]。

        目前沖擊地壓的分類方法有許多種。趙本鈞[5]將龍鳳礦沖擊地壓分為煤爆、淺部沖擊和深部沖擊三類。王乃鵬[6]根據(jù)煤巖體受力來源將沖擊地壓分為重力型和構(gòu)造型兩大類。邰英樓等[7]將沖擊地壓分為采掘誘發(fā)的煤巖體壓應(yīng)力型、頂?shù)装迨芾瓚?yīng)力型及斷層走滑受剪型三類。潘一山等[8]根據(jù)釋放能量的主體將沖擊地壓分為煤體壓縮型沖擊地壓、頂板斷裂型沖擊地壓和斷層錯動型沖擊地壓三類。大量資料顯示,與斷層相關(guān)的沖擊地壓是一種常見的、破壞性相對比較嚴(yán)重的基本類型,稱為斷層錯動型沖擊地壓,這類型的沖擊地壓給煤礦開采帶來很大的影響[9-10]。

        王來貴等[11]通過分析斷層等不連續(xù)面沖擊地壓現(xiàn)象,得出了發(fā)生斷層沖擊地壓的原因及影響因素。潘一山等[12]把斷層沖擊地壓看成斷層帶與上、下盤圍巖系統(tǒng)的變形失穩(wěn),不僅提出擾動響應(yīng)判別準(zhǔn)則,還對斷層沖擊地壓進(jìn)行了解析分析。徐東強等[13]對斷層沖擊地壓的發(fā)生機制及聲發(fā)射特性進(jìn)行了研究。李志華等[14]對采動影響下斷層滑移誘發(fā)煤巖體沖擊的機制進(jìn)行了研究,認(rèn)為開采過程中斷層下盤發(fā)生斷層沖擊地壓的危險性較高。

        本文參考上述文獻(xiàn),通過建立斷層-煤柱變形系統(tǒng),采用頂板剪切梁模型,建立斷層活化條件,研究斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生條件及影響因素,重點研究斷層保護(hù)煤柱寬度在煤礦開采中的作用,為有效防治斷層錯動型沖擊地壓提供理論依據(jù)。

        1 斷層-煤柱變形系統(tǒng)分析模型

        煤層采空區(qū)邊界至斷層的煤體稱為斷層保護(hù)煤柱,在斷層附近的煤巖層中進(jìn)行采掘活動時,采空區(qū)周圍煤巖體受采動影響而發(fā)生變形破壞。當(dāng)在此影響范圍內(nèi)存在斷層時,斷層可能活化而產(chǎn)生錯動。據(jù)此建立斷層-煤柱變形系統(tǒng)。斷層活化前,系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。在斷層錯動型沖擊地壓孕育過程中,斷層上下盤圍巖產(chǎn)生壓剪變形,積聚變形能,并不斷累積、傳播、轉(zhuǎn)移、耗散。系統(tǒng)演化過程中,如果穩(wěn)定度增加,則發(fā)生沖擊地壓的可能性降低;如果穩(wěn)定度降低,發(fā)生沖擊地壓的可能性增加。當(dāng)處于臨界平衡狀態(tài)時,如果遇外部擾動,造成斷層活化,釋放大量壓剪變形能,系統(tǒng)將會失穩(wěn)而發(fā)生斷層錯動型沖擊地壓。

        如圖1所示,假設(shè)煤層置于剛性底板之上。假設(shè)煤層及其底板巖層、斷層上下盤圍巖為均勻、連續(xù)的各向同性材料。建平面直角坐標(biāo)系o-xz。a為采空區(qū)寬度,xp為煤層塑性區(qū)寬度,L為斷層保護(hù)煤柱寬度,H為頂板巖層厚度,h為煤層厚度,其中a、xp、L、H、h的單位均是m。假設(shè)頂板巖層為抗剪剛度為K=GH的彈性剪切梁,單位是N/m,G為頂板剪切彈性模量,單位均是Pa,po為原巖應(yīng)力,單位是Pa。

        圖1 斷層-煤柱系統(tǒng)分析模型Fig.1 Analysis model of the pillar-fault system

        2 斷層處的頂板剪力

        頂板在載荷po和煤層支承壓力p(x)作用下產(chǎn)生剪切變形而下沉,下沉量w,剪力為Q,其中p(x)、w、Q的單位分別是Pa、m、N,則頂板變形微分方程為:

        (1)

        式中:w——下沉量;

        Q——剪力;

        po——載荷。

        假設(shè)煤層內(nèi)應(yīng)力均勻分布,即σz=p(x),得煤層單元體平衡方程為:

        (2)

        式中:σx、σz——為應(yīng)力分量,單位是Pa;

        τw——為煤層與頂?shù)装彘g摩擦力, 單位是Pa。

        當(dāng)煤層與頂?shù)装彘g有相對滑動時,τw=fσz,無相對滑動時,τw

        煤層單元體幾何方程為:

        (3)

        式中:u——為水平位移,單位是m;

        εx、εz——為應(yīng)變分量。

        當(dāng)煤層埋深較大時,采空區(qū)附近區(qū)域的煤層處于塑性變形狀態(tài)(簡稱為P區(qū)),距離采空區(qū)較遠(yuǎn)處的煤層處于彈性變形狀態(tài)(簡稱為E區(qū))。設(shè)P區(qū)寬度為xp。

        E區(qū)(x≥xp):煤層與頂?shù)装彘g無相對滑動

        (4)

        式中:

        為煤層彈性模量,單位是Pa,μ為煤層泊松比。

        P區(qū)(0≤x≤xp):煤層與頂?shù)装彘g有相對滑動。采用Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則,并忽略剪切變形的影響,則屈服函數(shù)f(σ)為:

        f(σ)=σz-mσx-σc=0

        (5)

        式中:

        單軸抗壓強度,單位是Pa,對應(yīng)應(yīng)變?yōu)棣與;

        C——黏聚力,單位是Pa;

        φ——內(nèi)摩擦角,單位是度。

        σz=mσx+b1-b2w

        (6)

        定解條件:

        a)當(dāng)x=-a/2時,Q=0;

        b)當(dāng)x=0時,w、Q連續(xù),σx=0;

        c)當(dāng)x=xp時,w、Q、σx連續(xù);

        d)當(dāng)x=∞時,Q=0。由定解即可得到煤層及其頂板的變形與應(yīng)力分布規(guī)律和煤層區(qū)寬度。

        假設(shè)斷層處于煤層彈性區(qū)位置,L>xp,得斷層處的頂板剪力為:

        Q(L)=po(f1-b3)exp(αxp-αL)

        (7)

        煤層塑性區(qū)寬度xp由下式確定:

        (8)

        f3=exp(-α1xp)-exp(-α2xp);

        f4=α2exp(-α2xp)-α1exp(-α1xp);

        3 斷層錯動型沖擊地壓發(fā)生條件及其影響因素

        斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生條件為:在斷層處滿足斷層活化條件。下面對斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生條件及其影響因素進(jìn)行分析。

        設(shè)斷層抗剪強度為τf,單位是Pa,則直立斷層活化條件為

        Q(L)=Hτf

        (9)

        由式(7)、(9)得發(fā)生斷層錯動型沖擊地壓的臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr,單位是m。

        (10)

        3.1 載荷(采深)的影響

        下面分析采空區(qū)寬度一定的條件下,載荷(采深)對臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr1的影響。

        通過實驗室測試及現(xiàn)場實際情況,取H=8 m,G=8 GPa,f=0.8 m,h=2 m,a=3 m,E=2 GPa,λ=3 GPa,μ=0.35,C=2 MPa,φ=30°,分別取斷層抗剪強度τf=1 MPa、3 MPa,得載荷po、臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr1隨煤層塑性區(qū)寬度xp變化曲線(圖2)所示。

        由圖2可見,載荷po隨煤層塑性區(qū)寬度xp變化曲線存在一個極大值點xpcr。當(dāng)xpxpcr時,載荷po隨煤層塑性區(qū)寬度xp增大而減小。當(dāng)xp=xpcr時,滿足dpo/dxp=0。由沖擊地壓失穩(wěn)理論知,xp=xpcr為煤層發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓的臨界點,對應(yīng)的載荷為發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓的臨界載荷。在發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓(煤層失穩(wěn))之前,如果留設(shè)的斷層保護(hù)煤柱寬度LLcr1。

        圖2 載荷和臨界斷層保護(hù)煤柱寬度隨煤層塑性區(qū) 寬度變化曲線Fig.2 Curves of load and critical fault protection coal pillar width with the change of coal seam plastic zone width

        由圖2可見,臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr1隨煤層塑性區(qū)寬度xp增大而增大。在滿足xp

        令Lcr1=xp,由式(10)得

        po(f1-b3)=Hτf

        (11)

        式(11)與式(8)聯(lián)立,得不會發(fā)生斷層錯動型沖擊地壓的最小斷層保護(hù)煤柱斷層寬度Lmin1、最小載荷pomin或最小采深Homin。當(dāng)τf=1 MPa時,由以上數(shù)據(jù)計算得Lmin1=0.35 m,pomin=7.9 MPa或Homin=316 m。

        由圖2(a)、(b)對比可見,當(dāng)斷層抗剪強度τf較大時,臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr1較小,表明斷層不易活化,斷層錯動型沖擊地壓不會發(fā)生,可以留設(shè)較窄的斷層保護(hù)煤柱。

        3.2 采動(采空區(qū)寬度)的影響

        下面分析載荷(采深)一定的條件下,采空區(qū)寬度(采動)對臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr2的影響。

        通過實驗室測試及現(xiàn)場實際情況,取H=8 m,G=8 GPa,f=0.8 m,h=2 m,p0=10 MPa,E=2 GPa,λ=3 GPa,μ=0.35,C=2 MPa,φ=30°,分別取τf=1 MPa、3 MPa,得采空區(qū)寬度a、臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr2隨煤層塑性區(qū)寬度xp變化曲線,如圖3所示。

        圖3 采空區(qū)寬度和臨界斷層保護(hù)煤柱寬度隨煤層塑性區(qū) 寬度變化曲線Fig.3 Curves of gob width and critical fault protection pillar width with the change of coal seam plastic zone width

        由圖3可見,采空區(qū)寬度a隨煤層塑性區(qū)寬度xp變化曲線存在一個極大值點xpcr。當(dāng)xpxpcr時,采空區(qū)寬度a隨煤層塑性區(qū)寬度xp增大而減小。當(dāng)xp=xpcr時,滿足da/dxp=0。由沖擊地壓失穩(wěn)理論知,xp=xpcr為煤層發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓的臨界點,對應(yīng)的采空區(qū)寬度acr為發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓的臨界采空區(qū)寬度。在發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓(煤層失穩(wěn))之前,如果留設(shè)的斷層保護(hù)煤柱寬度LLcr2。

        由圖3可見,臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr2隨煤層塑性區(qū)寬度xp增大而增大。在滿足xp

        由圖3可見,當(dāng)采空區(qū)寬度a較小時,臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr2很小,理論值甚至小于零。表明即使留設(shè)很窄的斷層保護(hù)煤柱斷層也不會活化,因此初采階段一般不會發(fā)生斷層錯動型沖擊地壓。

        由圖3(a)、(b)對比可見,當(dāng)斷層抗剪強度τf較大時,臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr2較小,表明斷層不易活化,斷層錯動型沖擊地壓不會發(fā)生,可以留設(shè)較窄的斷層保護(hù)煤柱。

        在工作面走向平行斷層面布置時,應(yīng)根據(jù)工作面傾向長度a計算臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr。留設(shè)足夠?qū)挾鹊臄鄬颖Wo(hù)煤柱,L>Lcr,以避免斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生。

        在工作面走向垂直斷層面布置時,應(yīng)首先選擇將開切眼布置在斷層附近,背離斷層推進(jìn)。根據(jù)頂板初次來壓步距計算臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr,留設(shè)足夠的斷層保護(hù)煤柱寬度,L>Lcr,以避免斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生。

        在回采工作面前方遇到斷層時,應(yīng)根據(jù)頂板垮落情況計算臨界斷層保護(hù)煤柱寬度Lcr。在達(dá)到臨界斷層保護(hù)煤柱寬度之前,L=Lcr采取煤體卸壓、頂板預(yù)裂、斷層弱化等措施,以避免斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生。

        4 結(jié)論

        通過建立斷層-煤柱變形系統(tǒng),得到了斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生條件,并對其主要影響因素進(jìn)行了分析,得到結(jié)論如下:

        (1)留設(shè)的斷層保護(hù)煤柱寬度足夠時,在斷層活化之前潛在發(fā)生煤體壓縮型沖擊地壓的危險性;留設(shè)的斷層保護(hù)煤柱寬度不夠時,存在斷層活化發(fā)生斷層錯動型沖擊地壓的危險性。

        (2)在采空區(qū)一定時,滿足xp

        (3)在載荷一定時,滿足xp

        (4)當(dāng)斷層抗剪強度較大時,臨界斷層保護(hù)煤柱寬度較小,斷層不易活化,斷層錯動型沖擊地壓不會發(fā)生,可以留設(shè)較窄的斷層保護(hù)煤柱。

        (5)在工作面走向平行斷層面布置時,應(yīng)根據(jù)工作面傾向長度計算臨界斷層保護(hù)煤柱寬度;在工作面走向垂直斷層面布置時,根據(jù)頂板初次來壓步距計算臨界斷層保護(hù)煤柱寬度,以避免斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生。

        (6)在回采工作面前方遇到斷層時,應(yīng)根據(jù)頂板垮落情況計算臨界斷層保護(hù)煤柱寬度,以避免斷層錯動型沖擊地壓的發(fā)生。

        猜你喜歡
        錯動煤柱采空區(qū)
        基于數(shù)值模擬斷層錯動對輸水隧洞結(jié)構(gòu)的影響研究
        老采空區(qū)建設(shè)場地采空塌陷地質(zhì)災(zāi)害及防治
        瞬變電磁法在煤礦采空區(qū)探測中的應(yīng)用
        2016年11月13日新西蘭南島MW 7.8地震的同震粘滑震相研究
        采動影響下雙巷掘進(jìn)煤柱承載特征研究
        隱伏正斷層錯動致地表破裂變形特征的研究
        某礦山采空區(qū)處理方案
        新疆鋼鐵(2015年2期)2015-11-07 03:27:52
        回風(fēng)井底附近采空區(qū)防滅火技術(shù)探討
        同煤科技(2015年2期)2015-02-28 16:59:15
        玄武巖巖體層間錯動帶變形機制研究
        建筑物下煤柱巷道穿采分析
        河南科技(2014年11期)2014-02-27 14:16:58
        久久久久人妻精品一区5555| 无码少妇精品一区二区免费动态| 国产亚洲一区二区手机在线观看| 亚洲av无码片vr一区二区三区| 亚洲 自拍 另类 欧美 综合| 国产免费人成视频在线播放播| 伊人久久综合狼伊人久久| 亚洲av熟女传媒国产一区二区| 日韩人妻中文字幕专区| 亚洲av无码国产精品永久一区| 亚洲欧美精品伊人久久| 狠狠综合亚洲综合亚色| 中文字幕亚洲精品高清| 国产内射视频在线免费观看| 国产人妻久久精品二区三区老狼| 成人免费xxxxx在线视频| 中文无码日韩欧免费视频 | 亚洲熟妇自偷自拍另类| 久久国产精品99精品国产| 丰满少妇高潮惨叫正在播放| 三级国产女主播在线观看| 好看的中文字幕中文在线| 粉嫩av国产一区二区三区| 欧美成a人片在线观看久| 国产超碰人人一区二区三区| 久久亚洲免费精品视频| 亚洲精品乱码久久久久久| 免费特级毛片| 免费的毛片视频| 精品视频一区二区杨幂| 国产亚洲超级97免费视频| 蜜臀av999无码精品国产专区| 84pao强力打造免费视频34| 97国产精品麻豆性色| 中国一级黄色片久久久| 精品国模一区二区三区| 国产人成无码中文字幕| 欧美h久免费女| 91久久偷偷做嫩模影院| 少妇人妻陈艳和黑人教练| 国产成人亚洲精品77|