| 论文中文题名： | 基于双K断裂准则的采场顶板破断机理及控制技术研究 |
| 姓名： | |
| 学号： | 20204228061 |
| 保密级别： | 公开 |
| 论文语种： | chi |
| 学科代码： | 085100 |
| 学科名称： | 工学 - 建筑学 |
| 学生类型： | 硕士 |
| 学位级别： | 工程硕士 |
| 学位年度： | 2023 |
| 培养单位： | 西安科技大学 |
| 院系： | |
| 专业： | |
| 研究方向： | 岩土力学与工程应用 |
| 第一导师姓名： | |
| 第一导师单位： | |
| 论文提交日期： | 2023-06-12 |
| 论文答辩日期： | 2023-05-31 |
| 论文外文题名： | Research on stope roof breaking mechanism and control technology based on double K fracture criterion |
| 论文中文关键词： | |
| 论文外文关键词： | Fracture mechanics ; initial pressure ; periodic pressure ; double K fracture criterion ; control technique |
| 论文中文摘要： |
如何科学、准确的预测来压步距是有效降低采场事故发生的重要途径，是保障煤矿安全高效生产的重要条件之一。本文通过理论分析、数值模拟及现场监测验证等方法开展研究，对采场矿压显现规律展开深入分析。针对性地提出合理控制措施。主要研究内容如下： （1）以存在天然裂隙的岩梁为例，利用断裂力学理论确定裂纹扩展因素，结合双K强度参数，把初次来压前后顶板的断裂过程分为微观裂纹扩展阶段 （2）利用数值模拟软件，分析了初次来压前和初次来压后采场顶板应力和位移的分布，结果表示在初次来压前变形主要集中在跨中，水平和竖向应力越靠近两端越大，说明顶板中部与端部是易破坏位置，易产生主控裂纹。初次来压后水平应力主要集中在工作面上方，即工作面上方易产生主控裂纹。 （3）基于断裂力学理论，考虑了裂纹位置对顶板破断的影响，建立了采场顶板初次来压模型，分析了工作面地质条件下顶板的受力，推导了采场初次来压步距公式；分析了初次来压步距与基本顶断裂韧度、埋置深度、人工裂缝长度及人工裂缝位置等参数的关系。分析结果表明：初次来压步距随断裂韧度的增大而增大；随埋置深度的增大、人工裂缝长度的减小而减小；主控裂缝位置越接近中部或端部，初次来压步距越小，与数值模拟研究结果一致。 （4）根据覆岩协调变形机理，将直接顶与支架作用通过受力传导作用于基本顶，建立自带损伤裂纹的采场顶板周期来压断裂力学模型，推导出直接顶作用下的基本顶周期来压步距公式；分析了基本顶岩石裂缝长度、直接顶厚度等参数对周期来压的作用规律，结果表示基本顶断裂韧度与周期来压近似呈线性关系且不受其他参数影响。 （5）结合陕北某煤矿S1223工作面矿压监测分析，总结出该工作面矿压显现基本规律。根据本文采场顶板初次来压步距断裂力学模型预测了初次来压步距，提出有效的控制措施。根据初次破断距计算了支架工作阻力，确认了支架选型的合理性。通过采场顶板周期来压断裂力学模型理论计算的周期来压步距，与现场结果基本一致。 |
| 论文外文摘要： |
How to scientifically and accurately predict the weighting interval is an important way to effectively reduce the occurrence of stope accidents and one of the important conditions to ensure the safe and efficient production of coal mines. In this paper, through theoretical analysis, numerical simulation and field monitoring and verification, the law of mine pressure appearance in stope is analyzed in depth. Put forward reasonable control measures. The main research contents are as follows. （1）Taking the rock beam with natural cracks as an example, the fracture mechanics theory is used to determine the crack propagation factors. Combined with the double K strength parameters, the fracture process of the roof before and after the initial weighting is divided into micro-crack propagation stage, macro-crack stable propagation stage ( （2）Using numerical simulation software, the distribution of stress and displacement of stope roof before and after initial weighting is analyzed. The results show that the deformation is mainly concentrated in the middle of the span before the initial weighting. The closer the horizontal and vertical stress is to the two ends, the greater the horizontal and vertical stress is, indicating that the middle and end of the roof are easy to damage. After the first weighting, the horizontal stress is mainly concentrated above the working face, that is, the position above the working face is easy to be damaged. （3）Based on the theory of fracture mechanics, considering the influence of crack loca -tion on roof breaking, the first weighting model of stope roof is established, the stress of roof under geological conditions of working face is analyzed, and the formula of first weighting step distance of stope is deduced. The relationship between the first weighting step and the fracture toughness, buried depth, artificial crack length and artificial crack position of the main roof is analyzed. The results show that the initial weighting step increases with the increase of fracture toughness. It decreases with the increase of buried depth and the decrease of artificial crack length. The closer the main control crack position is to the middle or end, the smaller the initial pressure step is, which is consistent with the numerical simulation results. （4）According to the coordinated deformation mechanism of overlying strata, the action of immediate roof and support is transmitted to the basic roof by force, and the fracture mechanics model of periodic weighting of stope roof with damage crack is established. The formula of periodic weighting step distance of basic roof under the action of immediate roof is deduced. The effects of parameters such as the length of the main roof rock crack and the thickness of the immediate roof on the periodic weighting are analyzed. The results show that the fracture toughness of the main roof is approximately linear with the periodic pressure and is not affected by other parameters. （5）Based on the analysis of mine pressure monitoring of S1223 working face in a coal mine in northern Shaanxi, the basic law of mine pressure appearance in the working face is summarized. According to the fracture mechanics model of the first weighting interval of the stope roof and the fracture mechanics model of the periodic weighting of the stope roof, the first weighting interval and the periodic weighting interval are predicted. The results are basically consistent with the measured data. |
| 参考文献： |
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| 中图分类号： | TU313 |
| 开放日期： | 2023-06-12 |
、宏观裂缝稳定扩展阶段（
）、宏观裂纹失稳扩展（
）、完全破坏阶段，描述了四个阶段的顶板裂纹状态，研究了基于双K断裂准则的采场顶板破断机理。
), macro-crack instability propagation (
), and complete failure stage. The roof crack state of the four stages is described, and the fracture mechanism of the stope roof based on the double K fracture criterion is studied.
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