采动应力演化仿真及实验系统研制

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采煤工作面及相关巷道推进过程中诱发的采动应力及其不断发展演化,是煤矿顶板、瓦斯、冲击地压、透水等重大动力灾害事故发生的根源。因此,掌握不同采动条件下采动应力演化规律,是实现煤矿安全高效开采的前提,也是当前采矿工程学科理论发展的重要方向之一。论文主要研究内容及取得的成果包括:(1)采动应力及煤体破坏特征与采场覆岩结构有密切关系,工作面开挖后,在采动应力作用下,应力的集聚程度为H-H 型>H-S 型>S-H型>S-S型。同时,在采动应力的作用下,煤体变形分为三个阶段:弹性阶段、煤体损伤劣化阶段、“低应力区、高应力区”形成稳定阶段,变形程度顺序为S-S 型>S-H 型>H-S型>H-H型。(2)分析“采动应力实验系统”研制可行性、研制原理与系统设计要求,研制包含应力加载系统、液压伺服控制系统、计算机控制系统和声发射信息监测系统四部分的“采动应力实验系统”,并着重研究系统主要功能、运行模式及算法。(3)利用SolidWorks从加载系统静应力分析及加载系统疲劳分析两个方面对采动应力系统进行可靠性仿真分析,说明加载系统符合实验所需的使用要求,运用本实验系统研究采动应力影响下煤(岩)体损伤破坏是可行的。(4)借助于自主研发的“采动应力实验系统”研究了不同采动应力条件下大尺度类岩试件损伤力学特性及相关声发射特性,得出外部损伤残余煤(岩)块对煤(岩)内部承载能力的影响规律,不同初始水平应力、不同初始垂向应力和应力转移速度与煤(岩)力学承载能力、煤(岩)体不同区域损伤强度的变化规律。本文所取得的研究成果和研发的采动应力实验系统能够将煤矿重大动力灾害事故预测和控制问题的研究更加科学定量化,为实现煤矿安全生产决策和实施管理的信息化(在可靠的采动信息基础上决策)、智能化(实现决策理论和信息技术相结合的自动化决策)和可视化(利用三维现实技术形象化输出决策结果)奠定基础,研究成果将推动矿山压力实用理论的进一步发展和工程实用。
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