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。     

深井硬岩矿山岩爆灾害防治研究

采用室内试验、数值计算和现场岩爆研究相结合的综合研究方法，以冬瓜山矿床开采为对象，对深井矿床开采岩爆防治进行了系统的研究，由矿岩力学试验，采用岩爆综合评判指标确定了矿岩的岩爆倾向性，指出岩爆倾向性具有本源性和诱导性两种属性；电镜试验、物理模型试验和现场岩爆研究发现岩爆主要由张拉断裂引起，具有明显的岩石破坏和工程施工异常性前兆；现场岩爆研究和数值计算表明岩爆危险区位于应力集中、能量贮存大及具有快速释放能力和条件的区域；从岩爆预防角度，采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标，对采场结构参数、开采步骤等进行了优化；从减少能量筘存、控制能量释放、采用柔性支护和建立岩爆监测系统4个方面，得出了具体的岩爆防治措施。图3，表2，参11．     

基于应力及能量条件的岩爆发生机理研究

为了研究深井硬岩巷道岩爆发生的机理,结合大台井玄武岩区岩爆工程实践,分析了区域构造应力场特征,研究了区域内煤岩体的弹性潜能分布特征.从构造应力和能量的角度出发,分析了具有岩爆倾向性的巷道围岩产生岩爆时应具备的应力条件和能量条件.研究结果表明,在具有岩爆倾向性的岩体中掘进巷道,岩爆的产生应同时具备所需的应力条件和能量条件,岩爆的位置和剧烈程度与最大主应力方向有关.研究成果将对大台井岩爆防治,深部开采的水平大巷布置和巷道支护等提供理论依据.     

坚硬顶板下煤柱岩爆的尖点突变理论分析

用尖点突变模型对坚硬顶板下煤柱岩爆非稳定机制的讨论，给出了岩爆发生准则，岩爆时的顶板突跳和能量释放量，讨论了影响岩爆的因素及影响程度。并以此为基础讨论了岩爆发生的前兆规律与过程，提出了可临测的前兆信息。这种既研究准则、又研究前兆与过程的方法，是防治岩爆的更为实际和有效的途径。     

岩爆的能量公式

岩爆的发生是由储存在岩体内的能量突然释放导致的,岩爆能量的判定应采用直接的计算方法。研究和分析表明,工程开挖深度及岩石的抗压强度是岩爆发生的主要外因和内因。结合这两个因素,从能量的角度出发建立了岩爆的能量公式,运用量纲法对公式进行推理得到了公式的2个系数a和b。在此基础上,进一步地对岩爆能量公式的适用条件及通过能量对岩爆等级的判定进行了阐述。运用工程实例对公式验证,其结果证实,岩爆的判定结果与以往的结论一致,能量公式系数k与深度H成反比,且随着工程作业深度的增加,岩爆受工程作业深度的影响越来越大。     

岩爆孕育过程的力学分析及破坏条件探讨

通过对岩爆孕育过程的力学状态分析,逐步揭示了岩爆的形成过程。研究表明:(1)岩爆孕育过程的力学形态是由弹性转化为塑性,在塑性岩体中发生岩爆,而由其周围弹性岩体提供岩爆能量;(2)岩爆的前提条件是地下工程开挖后,处于单向应力状态且应力集中系数最大的硐壁围岩出现塑性破坏区域;(3)岩爆体只有在满足自身释放和周围围岩对其释放的弹性应变能大于由摩擦力和粘结力做功形成的阻能情况下才会发生岩爆;(4)应力条件是岩爆发生与否的触发条件,能量条件才是岩爆发生与否的根本条件。     

岩爆发生的随机共振机制

将随机共振理论应用于岩爆形成机制的分析，建立了周期力和随机动力扰动影响下的岩板结构演化方程，采用势函数方法探索了随机共振诱导岩爆发生的机制，并讨论了动力扰动能量向周期力能量的转移现象．研究表明，岩爆的发生机制可通过随机共振理论得到很好的解释．     

高应力硬岩卸荷岩爆的劈裂判据及因素敏感性分析

针对现有岩爆研究的不足,基于突变理论建立了围岩卸荷岩爆的劈裂突变模型,得到了考虑卸荷影响的劈裂岩爆必要条件和充分条件并在此基础上进行了因素敏感性分析.研究表明,开挖卸荷致拉明显降低了突变特征值及岩爆发生的门槛,使岩爆发生的可能性大为增加,而且当拉应力σx=πσt/4时,必要条件就成为充分条件;卸荷后一段时间围岩发生变形,达到发生岩爆至少所需的卸荷细观拉应力,形成标准或滞后岩爆模式;竖向应力达到一定值,围岩卸荷瞬间其突变特征值△≤0,形成瞬时岩爆模式;岩爆劈裂要满足一定的临空面尺寸要求,随竖向应力的增大这种要求明显减弱;发生岩爆时岩爆区释放的能量△E,σx,△对竖向应力的敏感性很强,△对σ3极为敏感.     

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。     

岩爆的复合能量动力学机理

发生岩爆受多种复杂因素控制。如何从其现场实录出发,寻找其本质,是一个极其困难的工作。通过对各种岩爆能量机理分析,提出了基于复合能量为根本的岩体快速破裂后能量叠加引起工程围岩体动力破坏的岩爆发生机理。依据岩体裂纹快速起裂的能量判据,分析了裂纹开裂、扩展、贯通到煤岩运动的准静态到动态的过程。从岩体卸荷、流变的特性出发,阐述了基于复合能量条件下的止裂技术在应用于防治岩爆时的理论基础。     

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。     

冲击地压机理要素分析与评价

本文提出了冲击地压的能量特征和机理要素，初步建立了巷道冲击地压机理评价指标与体系(简称"3+4"指标体系)，体系的主准则层为冲击地压的能量释放特征指标和机理要素指标，次准则层为能量释放突然性、瞬间性、集中性以及形成要素、关键要素、假设条件、普遍规律性。采用层次分析法计算了各准则层的权重，提出了综合评价结果的计算方法和分级标准。按照建立的冲击地压机理评价指标体系对蝶型冲击地压机理进行评价，评价结果为"优秀"。研究结果可用于评价现有冲击地压机理，同时为冲击地压机理的后续研究指明了方向。     

煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究

针对煤矿深部开采冲击地压监测防治难题,采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场监测相结合的综合研究方法,研究了深部应变型、断层滑移型和坚硬顶板型三类冲击地压的致灾机理,提出了煤岩组合冲击能速度指数和卸围压冲击能速度指数两个新指标,建立了与冲击地压类型相适应的煤岩冲击倾向性评价体系,获得了深部开采三类冲击地压的前兆信息特征,给出了以深部开采冲击地压类型为导向的监测预警及组合式卸压解危方法,研发了钻孔施工与预警同步一体化技术。结果表明:① 深部应变型冲击地压是围岩系统能量积聚大于能量释放与耗散之和的结果;与浅部开采相比,深部坚硬顶板破断释放的变形能明显增大,以及深部断层更易发生错动滑移;② 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压的冲击倾向性评价需在国家标准基础上分别增加卸围压冲击能速度指数、煤岩组合冲击能速度指数,而对于深部断层滑移型冲击地压,这两个指标均需增加;③ 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压监测预警应以能量和应力判据为主,但深部断层滑移型冲击地压应以能量判据为主;④ 深部应变型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部坚硬顶板型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、深孔断顶爆破、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部断层型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔和煤层注水;⑤ 采用钻孔施工与预警同步一体化技术,可在钻孔施工过程中通过监测煤粉量和应力变化信息,对施工过程中可能发生的冲击危险进行同步预警。煤矿深部开采冲击地压防治作为一个复杂的系统工程,以科学分类为基础的系统防治技术体系仍是深部开采冲击地压需要重点攻关的研究方向。     

对深井厚层坚硬顶板冲击地压的研究

冲击地压属矿井动力现象,是影响煤矿安全生产的重大灾害之一。通常是指由于煤岩体系统达到极限强度．变形能突然猛烈、急剧的释放,从而造成巷道内支架折损,片帮冒顶,甚至巨大的气浪将煤岩体被抛向采掘空间,伤及人员。本文从几个方面分析了深井厚层坚硬顶板冲击地压的形成。     

熵权物元可拓模型在岩爆危险性等级评价中的应用

为准确合理地对地下矿山岩爆危险等级进行评价,考虑岩爆发生的岩石力学条件和岩土工程环境对其造成的影响,选取3个主要影响岩爆发生的因素:岩石的应力集中系数σI/σc、脆性系数σc/σt和能量指数Wet,在传统物元可拓分析模型的基础上,建立岩爆危险性等级评价熵权物元可拓模型。根据20座矿山的实测数据和实际岩爆发生情况,确定岩爆评价影响指标体系,计算评价指标的关联度,应用熵权法确定各评价指标的权重,根据关联度最大识别原则,判定岩爆危险等级。该方法用于厂坝铅锌矿岩爆危险等级评价中,其研究结果表明,该方法的预测评价结果与实际岩爆发生较为符合,进一步说明了该方法的实用性和合理性,对实际工程有一定的指导意义。     

矿震动载对围岩的冲击破坏效应

分析了矿震激发震动波能量的传播模式、衰减特征及动态应力降大小,并基于能量和刚度理论,分析了动静载组合作用下巷道煤体的冲击破坏机理。研究表明,矿震震动能量的传播衰减特征主要依赖于能量几何扩散、传播岩体介质的阻尼衰减,以及矿震震源的震动位移场和能量辐射特征的综合影响。矿震动载传播至采场或巷道围岩时,分别与煤岩系统的静态应力（能量）场进行能量标量和应力矢量叠加。矿震动载的能量叠加可使煤岩系统聚集的能量增加,而应力叠加使系统内煤体变形破坏做功所消耗的能量减小,从而使系统聚集和消耗的“差能”增加。系统可释放的“差能”越多,煤体失稳的可能性越大,当动静载组合作用下煤岩系统同时满足冲击矿压发生的能量和刚度条件时,煤层发生动态冲击破坏。     

不同含水状态下花岗岩岩爆模拟声发射实验研究

采用双轴伺服控制系统开展自然和饱和状态下的花岗岩岩爆模拟实验,同时采用美国物理声学公司生产的PCI-2型声发射系统监测并采集声发射数据,研究了水对巷道岩爆的影响。研究结果表明：含水的区别对应着不同的花岗岩岩爆实验中的声发射特性;饱和花岗岩比自然状态花岗岩颗粒弹射时间滞后;自然和饱和花岗岩均在轴向载荷达到峰值荷载的65%～80%时声发射事件进入平静期,自然状态下花岗岩的声发射事件率平静期比饱和状态下平静期稍长;饱和花岗岩岩样的声发射平均事件率要比自然状态下高,而且高声发射事件率持续时间较长,自然状态花岗岩较大声发射能率出现时间滞后于饱和花岗岩;花岗岩岩爆过程中声发射事件率与能率变化规律呈现此消彼长的特点;自然状态花岗岩出现初始损伤的时间滞后于饱和花岗岩。     

岩爆动力源分析及岩爆防治原则探讨

岩体能量的积聚与耗散是岩爆机理研究的重要内容之一,岩爆过程释放的动能是裂纹持续快速扩展的主要驱动力。首先分析了岩体岩爆动力源,从岩爆动力源的形成与释放的角度将岩爆分为自由表面动力失稳和深部剪切失稳断裂两种类型。并在此基础上,在岩爆防治方面提出了耗能支护的防治概念,从能量角度建立了岩爆的防治原则。     

冲击矿压危险的电磁-震动耦合评价

冲击矿压危险性评价与预警中,单纯使用电磁辐射强度值大小或微震能量值都具有一定的局限性。为此,在分析冲击矿压发生的力学环境与能量过程的基础上,提出电磁-震动耦合预警方法,建立评价方法体系,结合具体冲击矿压矿井监测结果,研究冲击矿压前兆规律。结果表明:在冲击矿压发生前,电磁辐射值高出正常值,微震活动表现出能量存在明显的沉寂期,次数却呈上升趋势的规律,利用电磁-震动耦合的静态叠加评价和动态评价与现场冲击前兆具有较高的一致性;而当电磁辐射强度值较高,但是微震活动处于稳定的能量释放状态时,叠加后的综合冲击危险性降低,不会出现冲击矿压危险。