非对称开采时矿柱岩爆的准则与前兆

本文建立了非对称开来时矿柱岩爆问题的简化力学模型，用计算机符号运算求出了模型的理论解。在此基础上讨论了岩爆准则与前兆，并进一步讨论了岩爆发展过程与前兆规律。文献[1]、[2]、[3]及本文的工作表明，各种条件下的矿柱岩爆问题都具有非恒定变形速率的特点，因此顶板下沉速率趋于无穷作为矿技岩爆前兆具有普遍性。     

流变性岩层下矿柱岩爆的发生条件与滞后时间

针对厚层状粘弹性顶板下煤柱岩爆问题建立了一个简单力学模型，并据此讨论了岩爆的非稳定机制，建立了这种条件下岩爆发生的判别准则，对岩爆滞后现象给出了一种理论解释，并推出了岩爆滞后时间ｔｃ与岩爆最大滞后时间ｔｃｍａｘ的表达式。     

孤立煤柱岩爆的尖点突变与时间效应

针对粘弹性顶板下孤立煤柱岩爆问题建立了一个简单力学模型，用尖点突变理论讨论了岩爆的非稳定机制；阐明了岩爆发生条件可归结为外部对系统输入能量的条件和系统内部能量突然释放的条件；而岩爆滞后是由于控制参量变化需经过一段时间才满足分叉集方程引起的。并讨论了比值Ｋ_０／Ｋ_∞和λ／Ｋ_∞对岩爆滞后时间的影响。     

岩爆孕育发生过程中的微震活动规律研究

为提高采用微震监测技术预报岩爆的准确率,基于最小耗能原理,通过理论分析,花岗岩室内试验和数值分析等方法,揭示了岩爆的孕育发生机理,提出了岩爆发生的准则,建立了岩爆的孕育发生过程的本构方程,探讨了由声发射频次确定的损伤演化曲线与岩爆的损伤演化曲线之间的关系,揭示了应力、能量积累转移与微震活动空间分布规律之间的内在联系.研究结果表明:岩爆的孕育过程是以损伤耗散为主的储能过程,发生过程是以塑性耗散和弹性能释放为主的能量释放过程;同时满足裂纹扩展完成准则和极限储能准则时发生岩爆;由声发射频次确定的损伤演化曲线与岩爆的损伤演化曲线有很好的一致性;通过监测微震活动空间分布规律可揭示岩爆孕育发生过程中应力和能量分布情况,为建立岩爆预报模型提供依据.     

深部巷道岩爆防控措施效果对比研究

深部开采面临“三高一扰动”问题，易发生岩爆等地质灾害。分析了深部巷道破坏特征，提出了锚网喷支护、钻孔卸压、注水等岩爆防治措施，并基于FLAC3D构建了11个数值模型，对比顶板位移变化及切向应力，选择二郎山判别准则判别各方案的岩爆情况。结果表明:1)超前钻孔比周边钻孔更有助于改善顶板位移，超前钻孔和周边钻孔均为最优卸压方式；2)三种支护方式未能改变巷道顶板与边帮的岩爆倾向性结果，但是切向应力值有所下降；3)超前钻孔和周边钻孔组合施工的方案优于两种卸压方式单独施工的方案；4)考虑围岩软化及锚网喷支护条件下超前钻孔和周边钻孔均施工，使巷道顶部岩爆剧烈程度从中等岩爆降低至弱岩爆，拱脚处岩爆剧烈程度从中等岩爆降低至弱岩爆，侧帮岩爆剧烈程度从弱岩爆降低至无岩爆。将方案11应用于大红山铜矿40水平采准干线，岩爆防治效果良好。     

岩样单轴压缩的尺度效应和矿柱支承性能

岩样应力峰值之后的变形是非均匀的，其强度降低与总的塑性变形量成正比，比例系数与岩样长度无关；讨论了岩样形状、尺度对峰后弱化过程的影响。从支承顶板载荷与沉降位移两个方面说明了大矿柱具有更好的性能，并可以防止矿柱岩爆的发生。     

尺寸因素对煤柱岩爆影响规律的探讨

针对坚硬顶板下柱式开采系统和煤柱的应变弱化响应，分别采用中点约束刚性固支梁模型和剪切带滑动弱化模型，讨论了尺寸因素对此种条件下岩爆发生及其强度的影响规律。     

隧洞岩爆施工措施

岩爆是高地应力区隧道开挖施工中常见的一类动力失稳地质灾害现象，极大地威胁着现场施工人员和设备的安全。通过对江阴引水隧洞开挖时发生岩爆现象的观测，并根据岩性及工程地质条件、应力条件讨论发生岩爆的内外因条件，据此对岩爆进行预测，指出岩爆并非单一因素导致的事件，而是典型的多因一果，在岩爆预测时应根据其发生的条件采用综合判别准则分析其特征和规律，从实践中初步总结出了一套预防和治理岩爆的方法。     

花岗岩巷道岩爆声发射信号时频特性实验研究

通过对花岗岩开展双轴卸荷岩爆模拟实验,利用FFT变换获取声发射信号主频,分析岩爆孕育及发生过程声发射信号主频变化规律,研究花岗岩巷道岩爆声发射信号时频特性。研究结果表明:声发射能率和RA值在时间序列上具有明显的阶段性特征,可以很好地反映岩爆孕育、发生全过程;声发射信号主频随岩爆孕育、发生演化过程整体呈下降趋势,岩爆发生后主频平均值比岩爆发生前降低3.06kHz;花岗岩岩爆全过程主频集中在38~50kHz,区间内不同频段占比呈高斯分布;42~43kHz频段的主频占比在岩爆发生后变化最大,对岩爆的发生最为敏感,建议将此频段主频占比达到某一阈值作为岩爆发生的前兆判据。研究结果为岩爆灾害的预测提供了新的方法和依据。     

砂岩岩爆声发射特征及b值动态特性试验研究

在单轴加载条件下,对砂岩进行全程加载声发射试验,得到砂岩岩爆破坏过程中的应力-应变曲线、声发射参数与时间关系曲线。根据需要选择声发射累计数、震级-频度关系中的b值变化规律,研究了砂岩岩爆的前兆信息。研究表明,在砂岩弹性变形阶段后期和塑性变形阶段,声发射累计数快速增加,b值持续下降;在砂岩发生岩爆前,b值下降到最低值。对声发射累计数和b值进行联合分析,能更加准确地预知岩爆的发生。     

钻孔冲击实验与冲击地压应力判据的探讨

概述了国内外钻孔冲击实验的情况,介绍了钻孔冲击实验的方法．对3个矿的钻孔冲击实验进行了分析,结果表明存在一个临界压力,可作为发生冲击地压应力条件的判据;随着施加在煤样上的载荷增加,钻孔冲击次数显著增多,冲击强度增大．用RFPA软件对钻孔冲击进行了数值模拟,验证了钻孔冲击实验得出的临界压力,并研究了钻孔冲击前、后的应力降及声发射等特征．对钻孔冲击的原理进行了探讨．现场冲击地压显现的应力条件符合钻孔冲击实验得出的判据．     

济三矿六采区冲击类型及其防治

六采区6303工作面回采3下煤层,基本顶为坚硬稳定的中砂岩,平均厚度23m左右。其冲击特点是,冲击发生后顶板与煤层离层、顶板完整没有破碎,冲击与顶板周期运动一致,冲击矿震后部分十字铰接顶梁支柱震歪、震断,十字铰接顶梁被震断。试验表明,单纯煤样和煤岩样组合均为弱冲击倾向性,煤岩组合的动态破坏猛烈。故可确定该区域的冲击矿压为顶板型(冲击型)和顶板煤层型。对于该类冲击矿压,可采用钻孔卸压、煤体爆破卸压和顶板爆破等三种措施解危。     

地应力对冲击地压的影响及冲击危险区域评价的研究

对砚石台煤矿地应力进行了现场测试及非线性有限元计算，分析了地应力对冲击地压的影响。通过煤体强度实验建立了其强度准则，并结合工程实际建立了能量判据。在此基础上，对该矿６号煤层冲击地压的区域危险性进行了评价。     

地下硐室岩爆的突变理论研究

用分段的岩石应力－应力全过程曲线作为本构关系，对圆形硐室受静水压力的状态作了分析，将受力岩层分成软化区和弹性区，用突变理论建立的势函数分析了突变模型，给出了发生岩爆准则，并与实测结果作对比，表明这种研究方法的有效性。     

半孤岛面全煤巷道底板冲击启动原理分析

采用案例分析与理论分析,提出了冲击地压启动概念,指出冲击地压发生依次经历冲击启动-冲击能量传递-冲击地压显现3个阶段,将冲击地压防治研究着眼点提前到冲击启动阶段;建立了巷道冲击地压发生工程结构模型,揭示了全煤巷道底板冲击启动实质来自于两帮高集中应力区,底板只是能量传递与释放的载体,即冲击地压显现位置。进一步提出了冲击地压发生的冲击启动理论,指出巷道围岩近场系统内静载荷的过度积聚是冲击启动的内因,系统外动载源是外因,确定了冲击启动的能量判据,指出了冲击地压可能的启动区域。     

“两硬”条件下冲击地压微震信号特征及前兆识别

结合微震监测数据,对大同忻州窑矿8935“两硬”条件工作面回采过程中发生的冲击现象进行分析；从微震事件震源定位、能级与频次关系以及冲击前微震信号频谱演化规律等方面讨论了该工作面冲击地压机理及前兆信息特征。研究表明：8935工作面冲击地压为坚硬顶板破断诱发煤柱区域积聚能量的突然释放所致；冲击震源多在工作面超前50 m范围内沿采空区煤柱侧,且主要集中在坚硬顶板断裂后发生压缩、反弹的空间区域；冲击地压前微震事件频次、能量、微震信号 b 值及主频均呈下降趋势。冲击地压前微震频谱主要集中在5~60 Hz,微震主频急剧降低和幅值明显升高可视为冲击前兆特征之一。     

围岩-矿柱系统失稳冲击的能量-外力功理论

单位时间内系统释放的能量与外力功之和大于系统所能吸收的能量时,系统就会失稳。出于这一认识,本文采用变分原理对围岩-矿柱系统的稳定性问题作了分析,得到矿柱失稳冲击准则和矿柱亚稳态软化准则。由于考虑了外力功要素,本文准则可以较好地描述围岩-矿柱系统的一些行为,其中包括围岩刚度大于矿柱刚度时也会发生的冲击地压现象。文中的亚稳态软化准则可以为伺服控制试验机原理提供理论依据。     

千秋煤矿冲击地压发生特点及成因分析

在对千秋煤矿冲击地压发生特点进行分析的基础上,研究煤矿地质因素和开采技术因素对冲击地压形成的影响。煤层具有冲击倾向性且采深达到冲击地压频发的临界深度、水平构造应力增加冲击危险性、覆岩存在厚硬岩层,是冲击地压形成的地质因素和内在因素。下巷位于工作面跳采形成孤岛高应力区的中间位置,且巷道较工作面支护强度薄弱,是下巷易发生冲击地压的开采技术因素和诱发因素。研究结果表明下巷采掘过程中形成的高应力集中是诱发冲击地压的最主要因素。     

矿山井巷和采场冲击地压危险性的弹性能判据

探讨了处于弹塑性变形状态下井巷和采场围岩体弹性比能的计算方法，提出了用有限元法分析计算处于弹塑性变形状态受力煤岩体的弹性比能分布的理论与方法，以及产生冲击地压的弹性能判据.针对鲁村煤矿2217区段运输平巷的具体条件，进行了有限元计算分析,结果发现，巷道围岩中的弹性能主要储存于两帮煤壁中，煤壁中部煤体的弹性比能超过了产生动力破坏所需最小比能，顶、底板中储存的弹性能较少.计算表明,该巷道围岩不满足产生冲击地压的条件，与现场实际情况相吻合.