條帶開采工程非線性動(dòng)力穩(wěn)定性研究.pdf

1、條帶煤柱和頂板組成的力學(xué)系統(tǒng)是隨外部條件變化而不停地變化,在外界某種因素的擾動(dòng)下,條帶開采巖層平衡狀態(tài)或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生突然改變,對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析是非常必要的。
　　本文首先對(duì)把頂板巖層視為邊界固定的彈性矩形平板,將條帶煤柱近似等效為連續(xù)分布的溫克爾彈性基礎(chǔ),利用winkler彈性地基和流變理論推導(dǎo)動(dòng)力荷載下粘彈性地基上四邊固支矩形板的粘彈性模型微分方程,分別討論了在無阻尼情況下和阻尼存在下方程的解。以小阻尼情況為例,分析

2、參數(shù)變化對(duì)條帶開采工程力學(xué)系統(tǒng)影響,重點(diǎn)探討了阻尼、剛度、頂板厚度、采出率和外部荷載頻率的變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性特性影響,提出通過調(diào)整系統(tǒng)剛度和幾何結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的力學(xué)狀態(tài)來防治條帶開采工程的失穩(wěn),給出了有針對(duì)性具體措施。
　　然后,建立在靜載荷和動(dòng)載荷組合作用下的條帶煤柱系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)模型,利用雙尖點(diǎn)突變模型理論,找到條帶煤柱自振頻率隨靜載荷變化規(guī)律。推導(dǎo)出條帶煤柱發(fā)生突變失穩(wěn)的充分必要條件,在動(dòng)力擾動(dòng)條件下,由于煤柱非線性調(diào)整系數(shù)

3、作用,系統(tǒng)的頻率和振幅對(duì)條帶煤柱穩(wěn)定性起著重要作用,并探討了條帶煤柱剛度、阻尼力、采出率和彈性模量和對(duì)系統(tǒng)非線性動(dòng)力不穩(wěn)定區(qū)域的影響。而當(dāng)外界擾動(dòng)頻率在系統(tǒng)固有頻率某一范圍內(nèi)時(shí),其微小變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)起著明顯的變化。然后將煤柱動(dòng)力微分方程轉(zhuǎn)化為杜芬方程的數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值仿真計(jì)算,結(jié)果表明周期載荷作用下存在著發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)的可能,必須進(jìn)行混沌運(yùn)動(dòng)的分析。最后,結(jié)合峰峰礦區(qū)條帶開采經(jīng)驗(yàn)和萬(wàn)年礦建筑物下壓煤實(shí)際情況,綜合分析后,確定莊宴村下

4、壓煤的條帶開采方案,并在此基礎(chǔ)上建立了FLAC3D數(shù)值模型,采用動(dòng)力時(shí)程分析方法分析了地震波對(duì)條帶開采巖體穩(wěn)定性影響,根據(jù)帶抗拉摩爾庫(kù)倫本構(gòu)關(guān)系,利用強(qiáng)度屈服準(zhǔn)則來判斷條帶煤柱單元穩(wěn)定性,得出條帶煤柱各單元安全系數(shù),由此得出,條帶煤柱在地震作用下穩(wěn)定性降低,因此開采設(shè)計(jì)過程中必須考慮動(dòng)載荷的影響。
　　本文的研究成果對(duì)促進(jìn)條帶開采技術(shù)在“三下”壓煤中的應(yīng)用和發(fā)展、提高地下煤炭資源采出率、保護(hù)地表建筑物和生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的可持