均质圆形巷道蝶型冲击地压发生机理及其判定准则

从均质圆形巷道围岩塑性破坏区的产生、发展和爆炸式破坏的力学机制入手,揭示了巷道蝶型冲击地压的发生机理:在一定的应力和围岩环境中,由于触发事件的诱导作用,使巷道区域应力场突然发生某种改变,导致围岩蝶形塑性区瞬间出现急剧、跳跃式扩展,并以震动、声响和煤岩体抛出的形式释放存储于体内和围岩系统中的大量弹性能,出现爆炸式破坏的动力现象。巷道蝶型冲击地压理论阐明了冲击地压的发生条件,给出了"蝶型冲击三准则",为巷道冲击地压的预测、预报及其防治提供了新的思路。     

陈家沟煤矿冲击危险巷道支护参数调整

针对华亭煤田陈家沟煤矿有冲击地压危险的巷道锚杆退锚、锚索断裂的情况,对巷道支护参数进行针对性地调整。在分析巷道围岩扩容作用区的基础上,对锚索所承受能量进行分析,并对不同锚索长度和锚杆长度进行数值模拟分析。参数调整后的巷道支护效果良好。     

圆形巷道围岩塑性区大小分析

为进一步研究轴对称的圆形巷道塑性区大小,通过用Hoek-Brown强度准则得到的塑性区半径的解析公式。针对不同性质的岩体,分析了在不同支护反力下塑性区半径的变化规律,分析结果表明:岩石质量、坚硬程度以及支护反力对塑性区大小的影响显著;圆形巷道塑性区的半径随岩石质量、坚硬程度、支护反力的增大而减小;当巷道围岩岩体质量达到一定程度的时候,围岩的支护反力在较小的情况下就会出现巷道围岩不存在塑性区域。     

陈家沟煤矿冲击地压巷道支护抗震性能评估

基于冲击地压能量理论,推导冲击地压巷道在震源扰动时失稳冲击破坏的能量判别准则,提出冲击地压巷道支护能量评估方法,以支护系统吸收能量与冲击发生后巷道围岩释放能量为评价指标,对陈家沟冲击地压巷道支护能力进行计算评估.通过能量评估方法,结合陈家沟煤矿8514工作面巷道支护工程实践,假设发生最大能量为9.81×104 J矿震事...     

锚网索无架棚支护在冲击地压巷道中的试验应用

以跃进煤矿弱冲击区域25020下巷掘进巷道为试验区域,分区段采用锚网索+36U圆弧拱棚、锚网索+36U可缩梯形棚、锚网索无架棚3种方案进行支护试验,通过对比分析各自支护条件下巷道顶板下沉情况,确定锚网索无架棚支护效果,并总结出该支护形式巷道顶板下沉规律,为该矿冲击地压煤巷掘进提供新的有效支护选择。     

考虑轴向应力影响的圆形巷道围岩塑性区边界近似解

为了研究考虑轴向应力作用的巷道围岩塑性区边界问题,基于Mohr-Coulomb准则,通过引入Lode角参数,推导出考虑轴向应力作用的圆形巷道围岩塑性区边界隐性方程,通过变化巷道水平应力σ_x、轴向应力σ_y分析了不同应力场下的围岩塑性区尺寸及形态,并通过数值模拟进一步说明了理论分析的可靠性。此外还研究了围岩黏聚力C、内摩擦角φ、巷道半径R、泊松比v对巷道围岩稳定性的影响。结果表明：(1)固定轴向侧压变化水平侧压的条件下,围岩塑性区尺寸变化会分为敏感区和迟钝区,且在水平侧压变化的过程中围岩塑性区形态会呈现圆形、椭圆形及蝶形3种形态。(2)固定水平侧压变化轴向侧压的条件下,围岩各位置的塑性区会呈现强烈的区间效应,通过与平面应变问题下的塑性区尺寸对比将区域分为轴向应力影响区和轴向应力无影响区。在轴向应力影响区内,轴向侧压的变化对围岩的塑性区尺寸影响较大。(3)巷道围岩的破坏形态由水平侧压η1决定,轴向侧压η2对塑性区形态影响较小,对尺寸影响较大。(4)围岩C、φ的增加会使巷道围岩的塑性区尺寸不同程度的减小,R的增加会使围岩不同位置塑性区呈等差数列增大。...     

冲击地压矿井煤巷锚杆支护研究

针对冲击地压引起煤体碎胀破坏的特点 ,阐述了冲击地压矿井煤巷锚杆支护的原理及支护形式。井下工业性试验表明 ,在具有强烈冲击倾向性的煤巷中 ,采用全长粘结锚固锚带网支护形式和合理的参数 ,可以经受 2级左右冲击地压的作用。     

塑性区瞬时恶性扩张诱发冲击灾害机理

为探究煤矿冲击灾害的发生机理,以耿村煤矿"12·22"冲击地压事故为背景,采用数值模拟方法分析了工作面回采对13230工作面运输巷围岩区域应力场的影响,得出了沿巷道轴向的主应力曲线。在受到回采工作面割煤、放煤、初次来压或周期来压、前方或侧向移动支承压力等外界扰动的作用后,回采巷道围岩塑性区最大尺寸扩张了2.2~3.4倍,由此揭示了耿村煤矿"12·22"冲击灾害的发生机理:在该地质环境下,受到外界扰动等触发事件的诱导作用后,13230工作面运输巷围岩区域应力场发生突然改变,引发煤岩体内的弹性能以震动、声响和煤岩体抛出等形式进行释放,出现爆炸式的动力破坏,并造成距离工作面150 m范围内的巷道破坏严重。     

深部冲击地压巷道锚杆支护作用研究与实践

以义马常村煤矿深部冲击地压巷道为工程背景,介绍了深部冲击地压巷道围岩地质力学参数分布特征,分析了冲击地压巷道围岩变形与破坏特征及主要影响因素,揭示出锚杆支护对冲击地压巷道变形的本质作用是保持围岩完整性,在围岩中形成支护应力场,降低应力集中系数,改善巷道围岩应力分布,充分发挥围岩的抗冲击能力。提出冲击地压巷道支护形式选择原则,介绍了高冲击韧性锚杆支护材料力学性能及锚杆支护参数设计方法。针对常村煤矿21220下巷条件,提出以全长预应力锚固、高强度、高冲击韧性锚杆与锚索支护为主,以金属支架为辅的复合支护方式,并进行了井下工业性试验。矿压监测数据表明,该种支护方式与围岩的整体抗冲击能力强,能够有效控制深部冲击地压巷道变形与破坏。在冲击能量影响下,锚杆、锚索受力特征明显不同于普通巷道,呈波浪状或锯齿状变化趋势。     

Mechanics analysis on the conditions of rock burst occurrence in the coal mass of roadway rib

According to the rock burst features occurred in the coal mass of roadway rib in one mine, the mechanics model of coal mass and roof structure system along the edge of goaf was founded to analyze the stress of roof rock layer, so the subside curve of roof rock layer was deduced. Furthermore, the stability of coal and rock system were analyzed, the critical load and critical resistance zone were used to judge the danger degree of rock burst occurrence. The influence of coal mass strength, brittleness degree, coal seam thickness, roof thickness, suspending length, equivalent shear module on the critical load, critical resistance zone was confirmed. So the rock burst occurrence conditions of coal mass in roadway rib mainly depend on mining depth, coal seam thickness and hard roof and floor, which are decided by the above studies, and successfully applied in prediction and prevention of rock burst in this mine. Supported by the Natural Science Fund of Liaoning Province(20042176)     

煤层巷道蝶型冲击地压发生机理猜想

根据巷道围岩蝶形塑性区理论,分析了巷道围岩蝶形塑性区蝶叶瞬时急剧扩展的突变特征,提出了煤层巷道蝶型冲击地压发生机理猜想,认为煤巷冲击地压是由于巷道围岩蝶形塑性区的蝶叶瞬时爆炸式扩展引起的,阐明了该类型冲击地压形成、演化及发生的力学本质和物理过程。提出了蝶叶突变型冲击地压发生的必要与充分条件,建立了煤层巷道冲击地压判定准则,合理解释了巷道顶板冲击、底板冲击、煤帮冲击等不同类型的冲击地压发生机理。该猜想能够预见巷道冲击地压发生时必然产生至少1个、最多4个巨大的蝶叶塑性区的未知现象,可以获得煤巷冲击地压危险性评价和预测的关键指标和可测参量。     

巷道围岩塑性软化区岩石内摩擦角与黏聚力变化规律

为研究巷道(隧道)塑性软化区岩石的内摩擦角与黏聚力的变化规律,基于18项公开发表的试验研究成果,结合摩尔-库伦准则对岩石全应力-应变曲线峰后阶段内摩擦角和黏聚力的变化性质进行了分析。结果表明,岩石峰后阶段内摩擦角变化很小,可近似认为不变。针对广泛应用的4阶段和3阶段应变软化模型,研究获得了围岩黏聚力与环向应变之间的线性关系及黏聚力软化模量的常量性质。研究结果揭示了围岩塑性软化区岩石内摩擦角和黏聚力的计算方法,黏聚力及黏聚力软化模量的变化规律,可为煤矿软岩巷道变形分区的研究提供参考。     

基于统一强度理论的非均匀应力场圆形巷道围岩塑性区分析

基于统一强度理论，推导出非均匀应力场的巷道围岩塑性区边界线方程式，可用于预测不同侧压系数时地下深埋隧洞的塑性区大小及形状.当不同程度地考虑中间主应力的影响时，围岩塑性区形状和大小有较大不同，且随水平应力与垂直应力差异性的增大，这种影响趋于明显.     

基于AHP-FUZZY方法的隧道岩爆预测

在综合分析岩爆发生条件的基础上,对岩爆产生的影响因素进行了系统归类,并与系统工程决策方法和模糊数学评价方法有机结合,提出了一种层次分析法－模糊数学（AHP-FUZZY）岩爆预测方法,该方法较全面地考虑了岩爆发生的多种影响因素,避免了仅考虑少数几种判据所带来的局限性,同时通过层次结构分析方法较为客观地给出了各种影响因素的影响程度值,为提高岩爆综合预测评价的可靠性创造了条件.工程实例表明：AHP-FUZZY预测与有限元模拟计算的结果基本一致,而且与隧道已开挖段岩爆发生的实际情况也基本一致.     

冲击地压条件下工作面巷道层位选择

为了解决深井强冲击倾向性厚煤层开采过程中冲击地压下巷道变形难以控制的问题,以孟村煤矿4#煤层巷道层位布置为例展开探讨。在明确煤层顶底板及冲击性等概况的基础上,结合首采煤层巷道布置及支护情况,提出3种巷道层位布置技术方案。通过对3种方案的技术优缺点对比,认为方案三是适合孟村煤矿综采工作面巷道层位布置的最优方案。即综采工作面巷道布置在煤层距顶板7.5 m处,选用深入砂质泥岩顶板不少于1.3 m的φ21.8 mm×8800 mm锚索;该方案具有更好的抗冲击能力,可以在此基础上开展基于顶板对抗冲击地压的支护理论分析,是一种更为优化的工作面层位布置形式。     

基于冲击启动过程的近场围岩冲击危险性电磁波CT评估方法

近年来，随着开采深度和强度的逐渐增大，冲击地压灾害发生频率逐年升高，严重威胁矿井的安全生产。针对目前基于现场实测的冲击危险性评价方法仅从能量聚集角度进行危险性判别，导致评价结果不能反映现场全部冲击危险情况的问题，考虑了冲击启动过程经历的"能量释放→能量传递→冲击显现"3个阶段，分析了基于冲击启动过程的冲击危险性评估原理，通过理论研究，构建了包括能量集中指数、屈服接近指数、能量传递衰减指数和支护损伤指数等4个指标，设定了各指标的权重，包括根据各指标量值差异程度设定的属性权重，以及根据各指标危险等级设定的等级权重；由此，以电磁波CT探测系统为平台，建立了能够划分近场围岩冲击危险区域及危险等级的电磁波CT评估方法，并将该方法编程实现。应用此方法对亭南煤矿207工作面现场实测数据进行处理，发现区段煤柱内布置巷道大幅升高了相邻煤柱区的应力集中程度及支护损伤程度，进而增大了相邻煤柱区的冲击危险性。通过钻屑法验证了基于冲击启动过程的冲击危险性评估方法的有效性。该方法依据冲击启动过程将评估体系细化，能够有效提升对冲击危险区域及危险等级的辨识度，为巷道冲击地压治理提供了更为准确的依据，尤其能为煤柱区冲击地压防治提供借鉴。     

考虑流变特性的两向不等压巷道围岩塑性区近似解

针对巷道围岩受两向不等压地应力作用下的平面应变问题,分析围岩流变特性对其塑性区的影响。深埋巷道围岩因流变的发展而持续变形,其达到稳定后的峰值应力为一定围压下的长期强度。基于此,以皖北恒源煤矿-950 m进风井井底车场巷道为例,通过三轴压缩与蠕变试验测定了巷道岩石的抗压峰值强度、长期强度和残余强度。然后,考虑岩体峰后脆性软化特性将巷道围岩分为弹、塑性区,并从既有文献轴对称应力场塑性区公式出发,结合围岩总荷载不变的规律推导了两向不等压巷道围岩水平(及竖向)轴上的塑性区半径,再结合既有文献求解的塑性区形状,相对准确地给出了两向不等压巷道围岩塑性区边界的近似解。该近似解在不考虑岩体峰后脆性软化时的结果与既有文献给出的相应解析结果完全吻合;并且轴对称应力场圆巷围岩塑性区半径的解析解是该近似解在侧压系数为1时的特例。最后,结合试验数据,就考虑岩体流变特性与否的两种情况进行了对比。结果表明:考虑流变,视岩石长期强度为围岩峰值应力,得到的塑性区范围与工程实际基本吻合;否则围岩仅产生弹性变形,与实际偏差较大。可见,岩体流变特性对围岩塑性区分布具有重要的影响,理论研究及工程实际中,忽视岩体流变特性实则无形中高估了围岩岩性,不利于巷道围岩长期稳定性与安全性的评估。