综放面推进速度对采动应力与煤样力学特性的影响研究

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随着开采强度的不断增加,综放面采动影响下煤岩所受加卸载作用的破坏趋势日趋严重。论文以乌东煤矿南区B3+6煤层+425水平的综放开采为背景,采用理论分析、数值模拟、煤样力学试验等研究方法,开展了推进速度影响下的采动应力演化规律研究,分析了急倾斜煤层采动作用下的煤样力学特性。由综放面单次采煤与放煤的加载与卸载应力理论公式推导,得到综放面采煤阶段的加载、放煤阶段的卸载应力均与推进速度呈正相关关系。采用数值模拟剖析了不同推进速度对加载速率、加卸载应力路径的影响,其推速速度增加使得采动路径下的循环加卸载幅度即加载速率增加,加卸载循环的次数减小,主要影响区域范围增加,而作用时间减小。不同推进速度下,高速推进时的采动应力峰值最大、高能量积聚效应相对明显,且高速推进在采煤阶段的工作面前方塑性区宽度最大。煤样强度、弹性模量均与加载速率呈明显的指数递增型函数关系,高速应力路径下煤样循环加卸载阶段的泊松比递增趋势明显。煤样强度随加载速率以及加卸载路径所对应推进速度的增加而增大,受加载速率与应力路径双重影响,煤样强度随两因素的同步增加而产生的增幅效应明显增大。3.2m/d低速推进下的应力路径循环次数较多而累计释放弹性能、耗散塑性能、输入应变能均明显小于中速、高速。通过类比煤矿冲击矿压的评价指标,得到6.4m/d应力路径下的煤样可视为为冲击煤样,结合加卸载响应比的引入提出了适用于采动路径影响下煤样循环加卸载响应比的评价指标,得到了 4.8m/d的推进速度更能满足乌东煤矿B3+6煤层+425水平的安全高效开采。本研究为急倾斜煤层综放面的安全高效开采提供了参考。
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