不同侧压系数对动载诱发巷道底板冲击的影响

为了探讨侧压系数对动载诱发特厚煤层巷道底板冲击的影响,使用岩体力学和FLAC2D有限差分数值模拟软件研究了不同侧压系数作用下应力波诱发特厚煤层巷道底板冲击的动态响应规律及显现过程.研究表明,动力扰动的作用是使处于极限应力下的煤体应力增加并打破平衡状态从而诱发底板冲击;动载作用下,随着侧压系数的增加巷道底板的临界水平应力值和最大应力差呈线性增加,底板最大垂直位移在λ＜2.0期间呈非线性增加,在λ＞2.0后出现微降,说明底板失稳难易程度与底板冲击显现强度不完全呈正相关;底板冲击的显现过程是底板的水平应力瞬间达到临界水平应力,底板塑性破坏区域扩大,致使弹性能瞬间释放,最终导致底板垂直位移发生突然增大产生冲击.研究成果为探索底板冲击机理及防治提供借鉴.     

厚煤层开采动载扰动底板冲击危险演化规律

为了研究动载扰动下厚煤层底板冲击地压发生的原因,结合某矿3下02工作面具体开采条件,运用FLAC3D数值模拟软件,分析了扰动应力波峰值强度分别为10,20,40,60 MPa时巷道底板的塑性区、垂直应力的分布规律,再现了动载作用下巷道底板的破坏过程,揭示了不同应力波峰值强度扰动诱发厚煤层底板冲击的动态响应规律。结果表明:随着扰动应力波峰值强度的增加,底板岩层的破裂范围逐渐扩大,应力集中程度逐渐升高,从而发生冲击地压的概率也就相应的增大。     

动载扰动诱发底板冲击矿压演化规律研究

为了研究动载作用下底板冲击矿压的演化规律,采用理论分析和数值模拟的手段研究了动应力波作用下巷道底板煤体的应力和位移等参数的响应特征,揭示了动载扰动诱发底板冲击的原因和显现过程。研究结果表明:动应力和巷道底板的高水平应力叠加使底板煤体达到或超过强度极限发生屈曲失稳和变形,并且应力波入射到底板表面反射形成拉应力导致底板发生层裂破坏,在这过程中破坏范围逐渐扩大,导致底板冲击。动载作用过程中底板煤体的水平应力、垂直应力、应力差先上升后瞬间大幅度降低,同时底板煤体拉伸破坏的层裂破坏范围和垂直位移瞬间增加,在此过程中,底板水平应力集中现象逐渐消失。     

冲击地压应力波作用机理

针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题,分析了采场动载应力波的产生机制,研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律,从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明,采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高,应力波持续时间随着破断尺度增大而增大,说明在煤矿开采过程中,顶板或煤体强度越高、破断尺度越大,越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实,高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏,且随着轴向静载的增大,试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小,其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度的50%。当静载达到该临界点时,煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小,说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明,动载应力波作用下,采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧,且随着应力波幅值和持续时间增加,塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤岩体结构耦合作用的结果,采场煤岩体大尺度破断产生高能量动载应力波,应力波与地应力耦合作用导致采掘空间围岩发生大范围破坏,最终形成冲击地压灾害。     

巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击研究

基于FLAC2D数值模拟软件分析巷道底煤厚度对矿震诱发底鼓冲击的动态响应规律。结果表明:随着底煤厚度的增加,动力扰动下巷道底板水平应力峰值先升高后降低并逐渐向底板深处转移,底板垂直位移峰值、塑性区深度及最大能量密度均呈非线性增加,且增加趋势越来越弱,并趋于稳定;动力扰动下特厚煤层巷道极易发生底鼓冲击动力灾害,动力效应明显;现场矿震演化规律分析验证数值模拟结论的合理性。研究成果可为特厚煤层巷道底冲击矿压防治提供借鉴。     

深井上山巷道底板动载诱发冲击矿压控制技术

为了防治深井上山巷道底板动载诱发的冲击矿压,采用FLAC~(2D)数值模拟软件及微震监测系统进行控制技术研究,结果表明:静载作用下上山底板水平应力、垂直位移及塑性区深度分别为38.27 MPa、156.38 mm、4 m,动载扰动下底板冲击响应特征分别增加8.96 MPa、266.92 mm、2 m,冲击危险性急剧升高;动力扰动使处于极限条件下的上山煤柱区应力增加打破平衡状态而发生底板冲击矿压,即高静载主导—强动载诱发的动静载叠加诱冲机理;现场微震监测验证了数值模拟结果的合理性;针对深井上山底板冲击矿压特点提出合理布置巷道、采取局部措施、降低动载荷传递、避让法等4种针对性的动力灾害控制措施。     

动载传播规律及对巷道影响的模拟研究

煤矿动载扰动易诱发巷道冲击破坏,为研究动载对煤层巷道冲击矿压的影响,运用FLAC2D中的动态模块,研究分析了不同动载强度下震动波在巷道顶板传播的速度、位移变化规律及震动波引发的巷道顶、底板和左、右帮移动速度和位移的变化规律,并对规律进行分析和解释,为预防冲击矿压提出了技术措施。研究表明:震动波在巷道顶板中传播时,随着传播距离增大,震动引起的顶板岩层质点速度和位移呈递减趋势,但在接近巷道时会有一定程度增大;传播距离相同时,动载强度越大,震动引起的顶板岩层质点速度和位移越大;动力扰动发生在巷道上方一侧,巷道顶板和靠近动力扰动一侧的巷帮比巷道底板和另一侧的巷帮更易发生冲击破坏。     

新街矿区深部开采邻空巷道受载特征及冲击 失稳规律分析

随着我国煤炭资源开采战略西移,西部部分矿井已进入深部开采阶段,邻空巷道冲击失稳频繁发生,严重威胁煤矿安全生产。以新街矿区红庆河煤矿为工程背景,综合运用现场调研、理论分析和数值模拟等方法对新街矿区深部开采邻空巷道受载特征及冲击失稳机制进行研究。建立了初次来压、充分采动阶段工作面前方邻空巷道动静载叠加力学模型;通过精细描述不同阶段静载及扰动动载,提出了基于采空区侧向静载、超前静载及扰动动载的邻空巷道"三载荷"动静叠加原理,并给出了发生冲击失稳的应力判据;揭示了邻空巷道围岩受"三载荷"叠加诱冲机制,即高应力、能量经巷道"顶—帮—底"传递,巷道围岩形成应力集中,能量积聚,达到煤岩体冲击失稳临界值时,诱发邻空巷道冲击失稳。针对工作面上覆厚硬岩层的邻空巷道冲击地压灾害,提出了"切断动载源、降低集中静载应力和恒阻大变形吸能锚杆锚固"的防治措施。研究结果表明:邻空工作面初次来压阶段相邻双工作面采空区顶板形成非对称"T"型结构,亚关键层Ⅰ破断,亚关键层Ⅱ未破断,工作面来压较缓和,邻空巷道围岩所受静载较大,扰动动载较小;周期来压(充分采动)阶段相邻双工作面采空区顶板形成对称"T"型结构,两组亚关键层均破断,邻空巷道围岩所受静载及扰动动载均较大,此时易诱发邻空巷道冲击失稳。     

不同强度动载叠加下巷道围岩力学特征数值模拟研究

为研究不同强度叠加动载作用下底板巷道围岩力学特性,以朱仙庄煤矿Ⅱ5采区879瓦斯抽采巷道为工程背景,运用数值模拟软件FLAC~(3D)对不同强度叠加动载作用下,巷道围岩应力、位移及塑性区分布规律进行研究。结果表明:巷道应力集中系数随扰动强度增加以不规则简谐运动波形形式增加,巷道顶底板及两帮应力集中程度加剧,峰值位置朝围岩深部转移;巷道顶板及两帮变形量随着扰动强度增加呈增加—下降—增加的变化趋势,其中右帮变化速率最大,顶板次之,左帮最小;巷道在剪切破坏的主导作用下产生破坏,且当扰动强度小于40 MPa时,巷道围岩塑性屈服网格数增量每兆帕0.2个,强度超过40 MPa时,塑性屈服网格数平均增量为每兆帕0.6个。     

深部盘区巷道群集中静载荷型冲击地压机理与防治

针对深部矿井,盘(采)区巷道群屡次发生冲击地压这一问题,以我国新建千米深井盘区巷道群冲击地压发生为背景,理论分析了巷道群无动载诱发冲击启动的机理与防治方法。结果表明,巷道底煤的厚度对底板水平应力集中影响较大;褶曲构造带也显著影响巷道群应力环境;巷道底臌量与底板释放动载荷量值、底煤厚度均成正相关关系;深部煤层巷道群冲击启动原理,是巷道群自身应力叠加在巷间煤柱,提供了基础静载荷;灾害发生地段底煤厚度以及褶曲构造影响,提供了时机静载荷,2者叠加导致巷间煤柱垂直载荷超过了临界值,同时底板煤体承受的载荷超过了其极限承载力;深部煤层巷道群冲击地压属集中静载荷型,采用基于集中静载荷疏导的深孔区间爆破法可防治冲击地压灾害。