能量分析在冲击地压发生过程中的应用

诱发冲击地压的主要因素为自然因素和开采因素.运用能量原理研究了冲击地压的分类,并从力学角度解释了冲击地压能量释放机制,最后从降低煤岩体积聚能量的角度出发,提出了防治冲击地压发生的主要方法.研究成果对有冲击地压的矿井具有一定的指导作用.     

能量分析在冲击地压发生过程中的应用

诱发冲击地压的主要因素为自然因素和开采因素.运用能量原理研究了冲击地压的分类,并从力学角度解释了冲击地压能量释放机制,最后从降低煤岩体积聚能量的角度出发,提出了防治冲击地压发生的主要方法.研究成果对有冲击地压的矿井具有一定的指导作用.     

巷道蝶形破坏理论及其应用前景

以弹塑性力学中孔洞围岩破坏的平面应变模型为基础,研究了圆形巷道围岩塑性区形态和扩展规律.提出了巷道围岩蝶形破坏理论,该理论建立了巷道围岩破坏形态与非等压区域应力场的力学模型,阐明了巷道围岩破坏具有圆形、椭圆形和蝶形3种基本形态,给出了巷道围岩3种基本破坏形态的数学界定标准和应力围岩判别准则,从应力环境、围岩条件、支护阻力3个方面阐述了蝶形塑性区具有方向性、突变性、变异性、蝶叶缺失和跃透、支护微效性等基本特性.在论述蝶形塑性区工程意义的基础上,探讨了该理论在巷道围岩控制、动力灾害防治、煤与瓦斯共采等工程领域的应用前景,介绍了大变形巷道蝶叶型冒顶机理、蝶型冲击地压机理、蝶叶型煤与瓦斯突出机理、煤与瓦斯共采中钻孔蝶形卸压增透机制等新认识和新方法.     

煤岩体中弹性比能分布的有限元计算分析

冲击地压发生的前提是矿山井巷和采场周围的煤岩体中储存了足够的弹性能．摸清围岩体中弹性能的分布规律是有效地进行冲击地压预测预报的前提，文中探讨了井巷和采场围岩体处于弹塑性变形状态下其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下的煤岩体中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．结果表明，蝶层巷道两帮煤体中弹性比能的最大值与采深的平方近似成正比，与其弹性模量近似成反比．对鲁村煤矿2217区段运输平巷的具体条件进行的有限元计算分析表明，该巷道不满足产生冲击地压的条件，与现场实际情况相吻合．     

基于能量平衡理论的冲击矿压巷道支护参数研究

论文基于能量平衡理论，推导分析了巷道围岩结构在震源冲击扰动时破坏失稳的能量准则．结合己二采区22040机巷防冲支护工程实践，实验室测定煤样冲击能指数为4．02，弹性能指数为3．743，确定巷道围岩具有中等冲击倾向，设定冲击矿压震级ML=2．5，采用三维锚索配合普通圆钢锚杆、π型钢带及金属网联合支护进行了该巷道防冲支护参数设计．实践表明，设计支护系统及时吸收了该巷道发生的约2．0震级的冲击动能，顶底板移进量422mm，两帮移进量375mm，巷道围岩结构仍保持稳定，有效防止了巷道冲击矿压破坏．     

深井回采巷道底板岩体破坏运移特征与控制

随着开采深度的增加,矿井巷道底臌问题愈趋严重.针对深井巷道底臌问题,利用弹塑性力学理论计算了巷道底板岩层的抗弯刚度和压曲临界载荷,得出了不同深度、不同底板厚度情况下的压曲临界载荷曲线;以滑移线场理论为基础,对深井巷道底板岩体滑动区域和滑动路径进行分析,将成果应用于实践,提出了底臌控制具体参数及施工建议.     

华亭煤田冲击地压定向解危技术

针对华亭煤田各煤矿冲击地压显现时底板鼓起严重的现象,采用横向(巷道横截面)卸压和纵向(沿巷道走向)卸压相结合的方式来消除冲击危险.在巷道两脚布置钻孔,水平应力在钻孔上分解后形成的静摩擦力会挤压底板使之向下运动,并通过两侧钻孔卸压爆破形成底板裂隙区来隔断底板深部传来的应力;同时在巷道中每隔一段距离设置一个破碎带,破碎带起到"弹簧体"的作用,吸收沿巷道走向方向水平应力所带来的能量.研究表明,经计算定向解危方法吸收能量(10~8J)远大于微震系统已经测得的矿区冲击危险源产生的能量级别(10~6J),对底板型的冲击地压现象能够起到很好的防治作用.现场实施情况良好,有效减轻了煤矿巷道底板鼓起的现象.     

基于塑性区形态系数的巷道冲击风险性量化评估方法

采用理论分析、数值模拟、现场案例分析的方法,从巷道围岩塑性区演化扩展与能量释放入手,研究了不同形态塑性区对应力变化的响应规律.建立了一个以塑性区形态系数为量化指标、以塑性区形态特征为评估判定依据、能够对处在一定应力与围岩环境中的巷道进行量化的冲击风险性评估方法.结果表明:圆形、椭圆形塑性区范围小、应力响应迟钝,蝶形塑性...     

考虑剪胀和软化的巷道围岩弹塑性分析

在应力跌落模型的基础上引进软化阈值,建立了弹塑脆性模型,模拟岩土材料的脆性软化性质。基于Mohr-Coulomb准则,考虑了岩土材料屈服后的塑性软化和体积膨胀,推导了圆形巷道围岩的软化区半径、塑性区半径、洞周位移及围岩内应力表达式,最后通过算例分析了剪胀、软化程度和弹模劣化对破裂区范围的影响,为巷道的稳定分析以及支护设计提供理论依据。     

"围岩-煤体"系统失稳破坏及冲击地压预测的探讨

根据“围岩－煤体”系统在开采过程中力学结构和力学状况的运动变化特征,分析了顶板岩层对煤体缓慢加载和瞬间加载的两种作用方式,研究了瞬间加载时“围岩－煤体”系统从稳定状态到失去稳定的物理、力学过程,提出了冲击地压发生的判别准则,在现场取得了较为成功的应用。     

应变软化与扩容特性极弱胶结围岩弹塑性分析

极弱胶结岩体具有显著的峰后应变软化与体积扩容变形特性,这是造成极弱胶结地层巷道围岩产生大变形的主因.基于极弱胶结岩体应变软化与扩容特性,建立了考虑岩体应变软化与扩容特性的围岩弹塑性力学模型,分析了力学计算模型、扩容系数、软化系数及支护抗力对围岩塑性区范围与位移的影响规律.将巷道围岩塑性区及位移的理论解答与数值计算结果进行了对比分析,验证了极弱胶结岩体扩容大变形本构模型的适用性.结果表明:考虑极弱胶结岩体的扩容和应变软化特性使得分析更加合理准确,研究成果对极弱胶结地层巷道支护设计与施工具有一定指导意义.     

巨厚砾岩层下综放工作面冲击地压危险性评价和矿震发生特征分析

为有效监测和防治综采工作面冲击地压事故,以耿村煤矿巨厚砾岩层下综放工作面为工程背景,采用综合指数法评价综放工作面冲击地压危险性,利用微震监测结果研究综放工作面回采期间矿震特征。结果表明：（1）13230综放工作面冲击危险性指数为0.65,属于中等冲击地压类型;（2）综放工作面回采期间矿震主要发生在工作面前方顶底板煤岩体中,工作面处于“见方区”时发生矿震的频次、最大能量和总能量均明显高于“非见方区”的,“见方区”矿震的震源主要位于工作面前方中部顶底板煤岩体和运输平巷上帮顶板煤岩体中;（3）综放工作面顶板周期来压期间通常伴随大能量的矿震事件。研究结果可为耿村煤矿综放开采冲击地压监测和防治提供参考。     

煤矿断层错动型冲击地压研究现状与发展趋势

为深入认识断层错动型冲击地压复杂的致灾机制、降低采矿过程中冲击事故的发生率,通过梳理国内外文献,系统总结和分析了国内外在断层错动型冲击地压方面的研究进展及成果.介绍了国内外一些矿山发生断层错动型冲击地压的严峻形势,并汇总了国内部分煤矿该类型冲击地压实例;从断层活化机制及其判别准则、断层错动型冲击地压理论、发生条件及其孕育过程等4个方面着重分析了断层错动型冲击地压的致灾机制;总结了断层错动型冲击地压的监测预警方法,并介绍了一些具有代表性的可用于断层错动型冲击地压预测预报的监测预警技术及其工程应用情况,包括断层错动型冲击地压监测预警与防治体系、BMS-II型微地震监测系统、多参量实时联合监测预警系统和深部钻孔应变观测技术;论述了断层错动型冲击地压防控技术,包括区域性防御措施和局部解危措施等;在分析以上问题的同时,又提出了一些新的理论观点、见解和建议.最后,指出了当前断层错动型冲击地压研究存在的一些不足,并对该类型冲击地压未来研究的发展趋势进行了多方面展望.     

应力波作用下巷道围岩层裂结构的稳定性研究

通过对巷帮围岩的受力特点分析,揭示了巷帮层裂结构形成的原因,并利用板的稳定性原理推导了应力波作用下层裂结构稳定的临界应力.并采用LS-DYNA软件,对扰动应力波作用下巷帮围岩层裂破坏结构的形成过程、巷道埋深对层裂结构形成的影响进行了有效的数值模拟,得到了一定巷道围岩应力状态下巷帮围岩层裂结构的形状、厚度等特征.结果表明:给定应力波强度条件下(pmax=15 MPa)巷帮围岩层裂破坏结构的形成与巷道的埋深有关,若H＜500 m,即可避免层裂结构的形成.当H≥500 m时,随着埋深的增加,巷帮层裂的范围有增大趋势,使得层裂结构失稳时,释放能量加大,向巷道内涌出的岩体量增加,预示着发生冲击矿压的强度变大.     

断层影响下冲击地压多参量预测预报研究

针对深部冲击地压发生机理的复杂性及日趋严重性,在考虑断层活化影响下,提出冲击地压多参量预测预报理论并成功应用于义马跃进煤矿的冲击地压预报,为今后深部构造影响下冲击地压的预测预报提供了参考．     

冲击地压的不稳定能量触发机制研究

为从能量角度揭示冲击地压产生机制,通过理论分析和现场实测微震活动与冲击地压之间的时空内在联系,研究了冲击地压的不稳定能量触发机制,得出了动力灾变的能量触发条件,提出了冲击地压的预测和预防思路.研究表明:当煤岩体具备压制能力高于临界值RE_0的不稳定能量积累机制,且已经积累了超过生成突发性灾害所需要的不稳定能量E_0;同时又产生了强度大于DI_0的初始启动扰动,即:RERE_0,EE_0,DIDI_0时,会发生冲击地压灾害;累积能量密度云图可以直观地找出冲击地压成核区及其之后能量密度云的演变规律,提前圈定冲击地压潜在危险区.预测冲击地压灾害需要找到确实能代表引起这种突发性灾害的初始启动扰动DI和当时所积累的不稳定能量E的监测指标;预防冲击地压灾害,需要使不稳定能量E小于临界值E_0,或使初始启动扰动DI小于临界值DI_0.     

近直立特厚煤层冲击地压的地质动力条件评价

建立了冲击地压地质动力条件评价方法及评价指标,对乌东煤矿进行了逐一评判;采用地质动力区划方法确定了冲击地压的主要影响因素及其相互作用关系;采用岩体应力状态分析系统进行危险区划分;计算了乌东煤矿冲击地压发生的临界能量密度,结合数值计算方法确定了采动对能量密度的影响,并对未开采工作面进行了危险区域预测.结果表明:乌东煤矿+500m和+475m开采水平均具备冲击地压发生的地质动力条件,Ⅰ-1,Ⅳ-2,Ⅳ-4等区划断裂对乌东煤矿影响显著.乌东煤矿冲击地压的临界能量密度为1.29×105 J/m3,采动将导致能量密度提高31.8%~47.1%.乌东煤矿冲击地压发生在高应力区和应力梯度区的可能性大,未开采工作面在上述区域应加强监测和解危工作,预防冲击地压的发生.     

体元-区域-系统冲击地压模型及应用

基于弹塑性力学和损伤力学原理,考虑到煤岩体内部存在大量节理裂隙,在弹塑脆性模型的基础上增加了结构面单元,构建了体能势函数,建立了能量的积聚、耗散与煤岩动态变形破裂过程之间的联系,并以此为依据从能量角度建立了体元-区域-系统冲击地压模型.结果表明:冲击地压是含结构面煤岩体组成的力学平衡系统在外界扰动作用下的失稳现象;基于该模型分析了煤岩系统在不同应力状态下变形破坏的演化规律及相应的地球物理信号特征;对跃进煤矿23130掘进工作面电磁辐射监测数据进行分析,验证了该模型的正确性.     

深部大规模松软围岩巷道破坏分区理论分析

综合考虑巷道破坏特征及典型软岩应力应变曲线特征,对深部巷道松软围岩进行破坏分区,提出了适合破坏分区的四线段本构模型,建立了深部大规模松软围岩巷道应力分析的力学模型,推导了不同破坏分区应力解,得出了界定各破坏分区范围的表达式,结合具体工程验证了巷道破坏分区划分的正确性和合理性.研究表明:深部松软巷道围岩自巷道向外分别为塑性流动区、应变软化区、塑性硬化区和弹性区4个分区,各分区临界应力满足Mohr-Coulomb准则;围岩塑性区的范围随支护阻力、应变硬化系数、应变软化系数以及内摩擦角的增大而减小,随扩容系数的增大而增大;各分区范围的理论解能够有效指导支护设计,实现对深部大规模松软围岩巷道的长期稳定.     

单侧采空工作面矿震活动规律与冲击地压相关性分析

以某矿井21103工作面生产地质条件为背景,研究了单侧采空工作面矿震活动规律、冲击地压显现特征以及矿震活动与冲击地压时间域的相关性.结果表明:针对单侧采空工作面,邻空侧巷道冲击显现可划分为邻空侧巷道帮鼓明显,顶底板破坏不明显;顶底板破坏明显,巷道帮鼓不明显;巷道帮鼓、顶底板破坏均明显三类.工作面矿震以低能级矿震为主,能...