采場圍巖力鏈成殼機制及力學特征研究.pdf

1、本論文采用室內實驗室試驗、相似模擬試驗、數值模擬以及理論分析相結合的研究方法，以力鏈為研究主線，對采場圍巖載荷傳遞路徑方式以及圍巖的力學特征進行系統研究，揭示采場圍巖載荷傳遞機理和力鏈成殼機制。論文的研究為煤礦的安全高效開采提供基礎理論，進一步豐富了采場圍巖礦壓理論。主要取得以下研究成果:
　　對采場頂底板圍巖的力學行為進行室內試驗，獲得了圍巖的物理力學參數并且實現了采場圍巖力學環(huán)境的評價，為采場圍巖的力鏈分析奠定了參數基礎。同時

2、進一步分析了圍巖損傷破壞與力鏈演化、微裂紋擴展以及能量演化之間的響應規(guī)律。基于顆粒離散元法對采場圍巖的力鏈成殼機制進行分析，發(fā)現沿工作面走向和傾向采場覆巖頂板均呈現拱形力鏈，走向和傾向力鏈拱在空間上形成力鏈殼。隨著工作面推進，力鏈殼的強度和范圍逐漸增大，且采空區(qū)后方逐漸呈現弱力鏈分布，上覆巖體荷載通過力鏈殼中強力鏈傳遞到工作四周煤巖體內形成力鏈集中，形成殼基，這也是采場圍巖形成支承壓力的力學本質。而且采場圍巖的接觸力鏈從原先初始平衡狀態(tài)

3、的縱橫交錯的閉合力鏈到開采擾動之后形成準直線狀的拱形力鏈，通過傅立葉公式擬合得到了力鏈殼不同關鍵部位（殼基、殼肩和殼頂）時的偏轉角，揭示了應力殼是力鏈集束傳遞的宏觀體現。對采場圍巖的應力場、位移場和破壞特征進行分析，發(fā)現沿工作忙走向和傾向方向上煤壁前方和開切眼后方一定范圍內存在應力集中，而且隨著工作面的持續(xù)推進，應力集中現象更加明顯，且這一區(qū)域在回采過程中是逐漸變化的，在采場覆巖中形成應力拱，在采場三維空間形成應力殼。在三維應力殼理論的