采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪演化及控制研究

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1、采空区顶板大面积冒(申请工学博士学位论文)落诱发冲—击气采空区顶板大面积冒落诱发冲击以浪演马尚化气浪演化及控制研究及桑亿军控制哨研武究隧汉研理究培养单位：资源与环境工程学院道工大为学学科专业：采矿工程例研究生：钱兆明指导老师：袁艳斌教授武汉(副)指导老师：任高峰副教授理工大学2016年5月万方数据分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪演化及控制研究英文EvolutionandControloftheShockWavecausedby题目theGoafRoofFallinginlargescale研究生姓名钱兆

2、明姓名袁艳斌职称教授学位博士指导教师单位名称武汉理工大学资环学院邮编430070姓名任高峰职称副教授学位博士副指导教师单位名称武汉理工大学资环学院邮编430070申请学位级别博士学科专业名称采矿工程论文提交日期2016年5月论文答辩日期2016年5月学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2016年5月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书

3、而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日

4、期：万方数据武汉理工大学博士学位论文摘要空场法开采矿山通过留设永久矿柱和顶板共同支撑采空区，采空区稳定性处于不可逆、非线性变化的状态中。当采空区达到一定规模以后，在大面积悬顶的部位容易形成一定范围的拉应力集中，在外界开采扰动情况下，大面积顶板在较短时间内冒落，极有可能诱发雪崩式的垮塌破坏，将已采空间的空气瞬间压缩并排出，形成巨大的冲击气浪，对冒落范围之外的人员和设备造成伤害。论文采用数学分析与力学分析相结合、相似实验与测试数据分析相结合的方法，对采空区在采动动力影响下诱发冲击气浪灾害形成机制及演化过程进行研究，构建了采空区顶板整体切冒型冒落力学模型

5、，推导出冲击气浪随顶板冒落全时程的风压值。利用高速纹影系统对采空区采动动力灾害演化过程中的微观动力学行为进行记录并分析，揭示冲击气浪在不同类型巷道中的演化规律以及开孔挡墙和金属丝网对冲击气浪的阻碍作用。基于LabVIEW虚拟仪器软件，开发了采空区稳定性实时感知系统，通过对采空区稳定性的实时监测，以期达到对冲击气浪灾害进行预警的目的。论文的主要研究成果如下：(1)以危害性最大的采空区顶板发生切冒型失稳为研究对象，依据空气动力学，建立空区顶板-空区气体—巷道气体耦合力学模型，构建了动力学控制方程组，并利用数值计算方法对方程组进行了求解；搭建采空区失稳实

6、验平台，由采空区失稳物理模型、风压传感器、风压数据采集程序组成冲击气浪风压数据采集系统，利用实验手段验证了风压模型的准确性；并对影响风压的因素进行重要性分析，结果表明顶板冒落面积与出风口面积的比值对风压的影响程度最大，顶板重量对风压的影响程度次之，顶板下落高度对风压的影响程度最小。(2)以直线型、L型、T型和十字型巷道模型为研究对象，利用高速纹影图片记录分析了气浪在传播路径发生变化时，其能量损失、重新分配的过程，并利用风压数据采集系统测量了气浪在传播路径发生变化时的风压值，结果表明：①在直线型巷道中，冲击气浪的风压值与巷道的长度呈负相关，巷道越长，

7、距巷道进风口相同位置处的风压值越小；②冲击气浪在传播路径发生变化时，气浪受巷道壁反射以及形成涡漩的影响，会损耗部分能量，其中L型巷道的压力损失为8.8％，T-1型巷道的压力损失为49.7%，T-2型巷道的压力损失为26.7%，十字型巷道的压力损失为35.2%；③当冲击气浪的传播路径发生分岔时，风流主路径和支路径风流能量差别较大，T-2型巷道风流支路径的风压仅为主路径的18.5％，十字型巷道风流支路径的风压仅为主路径的7.6％。I万方数据武汉理工大学博士学位论文(3)为了将冲击气浪的危害控制在一定范围之内，防止对人员和设备造成严重伤害，研究开孔挡墙和

8、金属丝网对冲击气浪的阻挡效果。实验表明：①冲击气浪分别通过开孔数2～8孔的挡墙时，挡墙开孔率为12.8％～51.3％，其风