Coal and rock dynamic disasters occurring in deep stope have dramatically time-dependent properties and strong randomness. The underlying cause is the response of time-varying coal-rock structure under action of random perturbations. Considering that deep stope under high geostress, mining disturbance is stochastic and coal-rock mass is time-varying. According to the basic theory of rock mechanics, stochastic dynamics, time-varying mechanics, the method combining theoretical analysis, experimental research, numerical simulation, field application and comprehensive analysis is used. The action modes of random perturbations are analyzed. Three axial random disturbance loading device is developed. Under random static disturbance, dynamic disturbance and its complex ways, mechanics parameters test and analytic system is designed for coal-rock structure. The static and dynamic response mechanism under random perturbations is revealed for different types of coal-rock specimens and laminated coal-rock specimens. The time-varying model of deep coal-rock structure is built under random disturbances. The numerical solution method of random time-varying model is proposed. To the actual deep stope coal-rock time-varying structure, the static and dynamic response rules are numerically simulated under random disturbances. The response statistical regularity of temporal and spatial evolution is obtained for deep mining coal-rock structure under stochastic disturbances. The above provides the theoretical basis for the research on the mechanism, prediction and prevention of deep mining coal and rock dynamic disasters.
深部采场煤岩动力灾害发生具有显著时效性和强随机性,本质上是采场煤岩时变结构在随机扰动下响应所致。项目考虑深部采场高地应力条件,采掘扰动为随机扰动、采场煤岩结构为时变体,依据岩石力学、随机动力学、时变力学等基本理论,采用理论分析、实验研究、数值模拟、现场应用和综合分析相结合研究方法,分析采场随机扰动作用模式;研制三轴随机扰动加载装置,设计随机静力扰动、动力扰动、复合扰动下煤岩结构力学参数测试分析系统;揭示不同类型煤岩试件、层合煤岩试件在随机扰动下结构静动态响应机理,建立随机扰动下深部煤岩结构时变模型;提出随机时变模型数值求解方法,对实际深部采场煤岩时变结构在随机扰动下静动态响应规律进行数值模拟;获得随机扰动下深部采场煤岩结构响应时空演变统计规律,为深部开采煤岩动力灾害发生机理及预测防治研究提供理论基础。
煤矿深井动力灾害机理复杂,伴有强随机性,深部环境下煤岩力学参数随机时变性及随机扰动下其响应特性的研究非常必要。对深部采场随机扰动作用方式及深部煤岩结构在随机扰动下的静动态时变响应规律及破坏特征进行分析,获得了一些具有重要科学意义和学术价值的研究成果。.主要成果表现在:(1)揭示复合动力灾害机理及深部块系岩体超低摩擦效应机理;(2)研制出三轴随机扰动加载装置及便携式动态测试装置及分析系统,实现深部煤岩结构在几何边界时变及随机扰动条件下静动力学性质测试;(3)设计进行大量静动力学试验,确立不同类型煤岩试件基本力学参数概率特征及随机扰动下激励与响应之间动力传递关系的统计特征;(4)通过改进蠕变实验装置和设计实验方法,揭示弱面、结构面及冲击扰动对砂岩或泥岩蠕变的影响机制,建立非线性时效模型;(5)设计深部采场相似模拟试验,发现受工作面煤层开挖和随机冲击扰动复合作用下上覆岩层应力场及位移场分布特征;(6)引入随机场理论,构建深部采场煤岩结构随机模型,研究不同采场围岩结构随机动力学行为,得到随机扰动下上覆岩层动力响应规律及统计特征;(7)研究成果对沈阳红阳三矿某深部采场应用,确定考虑弹性模量及泊松比随机时变下工作面煤层顶板上各煤岩层观测点竖向最大位移波动区间,为工作面危险区域再划分与防冲措施优化提供了理论参考。.项目执行期间:发表学术论文、专利及会议论文共34篇(项),均标注了国家基金资助。其中中国发明专利8项、实用新型4项、软件著作权1项均获得授权;EI收录论文4篇,国际会议论文集收录3篇。 2015-2018年间已毕业硕士生6名、博士生3名;成员李和万获批国家自然科学基金青年基金1项;成员李利萍入选辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才。较好地完成了项目申请时的各项研究目标,获得丰硕的研究成果。
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数据更新时间:2023-05-31
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