煤岩复合模型冲击倾向的数值试验研究

本文从系统观点入手 ,建立了顶板 -煤层 -底板的煤岩复合模型 ,采用RFPA数值模拟软件进行了煤岩系统冲击倾向的数值试验 ,综合研究了顶、底板子系统及整体效应对冲击倾向的影响。结果表明 :煤岩系统与煤体的冲击倾向不同 ,煤岩系统冲击倾向随顶 (底 )板强度不同会发生明显的变化 ,为科学地揭示或评价煤岩系统的冲击倾向奠定了基础     

不同煤岩系统的冲击显现机理及能量演化特征分析

为了进一步研究不同煤岩系统的冲击显现机理及能量演化特征,利用理论计算及RFPA数值模拟方法从能量角度对不同煤岩系统进行了对比分析。研究结果表明:顶底板发生弯曲破坏的轴向应力与顶底板强度成正比例关系;随着硬顶硬底、硬顶软底、软顶硬底和软顶软底等4种煤岩系统整体强度的逐渐降低,巷道周围最大弹性能密度依次为273、252、224、216 kJ/m3,减小了冲击能的积聚程度;此外,模拟结果很好地解释了坚硬顶底板巷道容易积聚能量并发生冲击破坏,而软弱顶板巷道可以耗散弹性能减小冲击地压的发生。     

构造应力作用下冲击地压发生的条件及判据

针对许多矿区冲击显现受构造应力作用影响的特点，用数值计算方法模拟了底板冲击显现，得出了冲击时煤岩体应力变化情况和破坏过程，以及数值模拟冲击时所具有的特征．在此基础上研究了不同侧向加载系数对冲击发生条件的影响，提出了在不同加载条件下，冲击时存在不同的临界水平应力；研究了不同的煤岩组合情况对冲击发生条件的影响，得出了顶、底板中存在着相对硬软的岩层是发生顶、底板冲击的一个必要条件．通过以上综合研究，得出了构造应力作用下冲击地压发生条件的判据，并成功应用于现场实际冲击危险预测．     

底板煤岩组合对冲击矿压灾害影响规律研究

某煤矿下巷底板多次发生冲击矿压,以该矿采区地质和采掘条件为基础,研究底板煤岩属性对底板冲击矿压发生的影响,运用数值模拟,研究在不同底板煤岩属性条件下开挖巷道后应力演化规律对冲击的影响。研究表明:巷道5 m范围内强弱组合应力值远大于弱强组合,更容易引发冲击矿压危害。     

天池煤矿煤岩冲击倾向性的试验研究

按照煤岩的冲击倾向性指标，对天池煤矿１号和１８采区的煤岩进行了单轴（σ１〉σ２＝σ３＝０）和三轴（σ〉σ２＝σ３＝６ＭＰａ）冲击倾向性试验研究，结果表明，天池煤矿煤层具有有中等冲击倾向性，而顶，底板岩石具有强烈冲击倾向性。     

天池煤矿煤岩冲击倾向性的试验研究

按照煤岩的冲击倾向性指标，对天池煤矿１号井１８采区的煤岩进行了单轴（σ１＞σ２＝σ３＝０）和三轴（σ＞σ２＝σ３＝６ＭＰａ）冲击倾向性试验研究，结果表明，天池煤矿煤层具有中等冲击倾向性，而顶、底板岩石具有强烈冲击倾向性。     

采场冲击地压的能量积聚释放特征分析

运用采矿岩石力学理论,分析了回采工作面围岩系统的加载特性,得到顶、底板对煤体存在着渐进和瞬态两种加载方式,当煤岩组合体载荷达到临界状态时,加载特性诱发煤岩系统动力失稳,即发冲击地压灾害.通过FLAC^3D数值计算,分析了采场支承压力的分布、岩层结构的运动、弹性应变能的积聚、释放特征和围岩位移、速度的突出特征,初步提出用采场能量密度因子来预测煤岩冲击地压的发生.结果表明,冲击地压是采掘活动诱发的结果,是在开采过程中诱发并伴有微震活动和弹性能猛烈释放的煤岩体结构失稳的矿压显现.     

采场冲击地压的能量积聚释放特征分析

运用采矿岩石力学理论,分析了回采工作面围岩系统的加载特性,得到顶、底板对煤体存在着渐进和瞬态两种加载方式,当煤岩组合体载荷达到临界状态时,加载特性诱发煤岩系统动力失稳,即发冲击地压灾害.通过FLAC3D数值计算,分析了采场支承压力的分布、岩层结构的运动、弹性应变能的积聚、释放特征和围岩位移、速度的突出特征,初步提出用采场能量密度因子来预测煤岩冲击地压的发生.结果表明,冲击地压是采掘活动诱发的结果,是在开采过程中诱发并伴有微震活动和弹性能猛烈释放的煤岩体结构失稳的矿压显现.     

基于SHPB动载过程的煤岩冲击破坏特征试验研究

为充分探讨冲击动载条件下的煤岩破坏特征,进一步明确煤岩系统破坏失稳机理,利用SHPB动载系统对煤岩试件进行不同速度的冲击破坏,并收集碎块进行了筛分试验。研究结果表明,冲击加载速度和介质物理性质共同决定了煤岩试件的碎块粒径分布。随着冲击加载速度的增加,煤岩破坏程度随之增大,破碎体数量显著增多,破碎体块度相应减小;在相近的冲击加载速度下,介质物理性质则成为决定顶、底板岩层碎块分布规律的主导因素。当超声波波速基本持平时,冲击速度决定了煤层试件碎块的集中分布区域。当冲击速度为6m/s以上时,煤层碎块主要集中在Ⅱ区域,累计质量百分比曲线上升幅度可达到52%;当冲击速度为6 m/s以下时,碎块主要集中在Ⅲ区域,曲线上升幅度达到61%。研究成果有助于揭示煤岩破坏机理,丰富煤岩动力灾害防治理论。     

深部巷道应变型冲击地压能量模型及近场围岩供能规律研究北大核心

近场围岩弹性变形能的积聚及突然释放是深部巷道应变型冲击地压发生的本质。为了进一步认识近场围岩能量对冲击地压灾害的作用机理,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立应变型冲击地压“供能体-冲击体”模型,提出应变型冲击地压发生的能量分阶段作用过程,揭示了不同因素下应变型冲击地压能量源对冲击体的供能规律。结果表明:应变型冲击地压发生过程中,供能体能量占近场围岩系统总能比例与供能体-冲击体刚度比呈负相关;顶底板弹性模量越高,深部煤体供能占比越高,顶底板供能占比越低;冲击深度越大,对应深部煤体供能占比越低,顶底板供能占比越高;在顶底板岩层较硬的条件下,应变型冲击地压的防治在于降低深部煤体储能,减小深部煤体供能;在顶底板岩层较软条件下,应变型冲击地压的防治应加强顶板支护与底板卸压,减小顶底板供能;顶底板岩层是强应变型冲击地压的主要能量源,深部煤体能量对弱应变型冲击起到主导作用。     

基于位移反分析法的沿空留巷巷道矿压分布规律

以川煤集团叙永一矿沿空留巷为工程背景，采用位移反分析法校准了室内煤岩物理力学参数测试结果，并采用数值模拟方法分析了沿空留巷巷道矿压分布规律。现场观测结果显示：工作面回采期间，巷道顶底板最大相对移近量743 mm，巷道顶底板移近方式以顶板下沉为主，平均顶板下沉量为底鼓量的3.6倍，数值模拟结果为3.5倍。参数校准结果表明：弹性模量、黏聚力的折减对顶底板的移近量有显著影响；计算时步相同时，顶底板移近量随弹性模量、黏聚力的减小而增大，当弹性模量降低为20%时，巷道顶底板移近量最大值增加800 mm。数值模拟分析结果表明：采煤工作面后方沿空留巷高帮支承压力显著升高，支承压力分布呈两侧低，中间高的“凸”起状，且随着工作面不断推进，支承压力峰值不断增大；工作面平均超前支承压力影响范围为77 m。     

千米深井下山煤柱区底鼓冲击及其防治

基于某矿9煤回风下山的实际条件及底鼓冲击动力显现,分析了其冲击矿压发生的原因,并建立底板冲击矿压控制体系。结果表明:该工作面具有强冲击危险性,主要影响因素为下山孤岛煤柱、大采深、顶底板条件、煤层强冲击倾向性等;下山煤柱区覆岩运动剧烈、应力高度集中,高静载下矿震动力扰动诱发底板冲击;该工作面掘进前采取煤体大直径钻孔预卸压处理,掘进期间根据监测结果实施顶、底板预裂爆破卸压冲击解危措施,现场效果良好。该研究成果可为类似条件下煤岩动力灾害防治提供借鉴。     

落煤角与接触角对煤岩与尾梁动态响应的影响分析

综采放顶煤过程中大量的煤岩垮落会对放顶煤液压支架带来巨大冲击,甚至会导致设备损坏.为研究不同落煤方式下液压支架尾梁受冲击后的受力以及响应特性,在ADAMS中建立了放顶煤液压支架的刚柔耦合模型,利用弹簧阻尼系统等效替换平衡千斤顶,采用Hertz接触理论确定了接触参数.基于该模型,对煤岩颗粒以不同落煤角度和不同接触角度冲击...     

倾角对煤岩组合体力学及冲击倾向性影响的颗粒流分析

随着煤矿开采深度的增加,煤层与顶底板岩层的相互作用更加明显。基于颗粒离散元程序PFC建立了"顶板-煤层"结构的"岩-煤"数值模型,通过设定煤岩交界面的倾角分别为0°、15°、30°、45°、60°,研究了不同倾角对组合体破坏模式及冲击倾向性的影响。研究结果表明,组合体的宏观破坏裂纹基本上呈"V"型的剪切裂纹,破坏主要集中于煤体部分,且"V"型破坏面的两端与煤岩交界面的两端重合;随着倾角的增大,活跃的颗粒数量越多,尤其当组合体倾角大于45°时,煤岩交界面处的颗粒位移量和活跃程度最大;随着倾角的增大,组合体的冲击能量指数逐渐减小,尤其当倾角大于45°时,冲击能量指数大幅度减小。     

煤岩冲击倾向性预测

研究发现引发冲击地压的因素分为内外2个因素,其中煤岩的冲击倾向性属于内在因素,也是引发冲击地压的主要原因。主要介绍某煤矿13煤层及其顶底板岩层的冲击倾向性测定和评估。为该矿今后对冲击地压预测、防治提供必要的科学依据。     

近距离残留煤柱底板应力场形成机理

煤层近距离开采上位残留煤柱对下位与其空间相交的煤巷稳定性造成严重影响,极易引起支护体失效、片帮、冒顶甚至冲击矿压等煤岩动力灾害。以鑫瑞煤矿为背景,采用数值模拟的方法对采空区和煤柱下底板的应力分布状况及其在底板岩层中的传递规律进行了分析,得到了底板岩层不同深度水平截面上应力分布范围,揭示了底板巷道的应力环境。     

水对煤的冲击倾向特性影响的研究

实践证明,参与冲击地压的煤、岩都具有采种发生冲击式破坏的能力,这种能力称做煤岩的冲击倾向。它是煤岩材料的固有属性。如果设法改变煤岩材料的结构,其结果会改变煤岩的性质。研究证明,水的作用能够显著改变煤岩性质。本文讨论了水对煤岩强度特性及变形特性的影响,重点介绍了在实验室内煤岩试件在不同时间浸水状态下,冲击倾向特性的变化规律及试验方法,同时阐述煤层注水可减缓或消除冲击地压危险的机理。     

动静组合加载下急倾斜特厚煤层开采煤岩冲击破坏特征研究

针对急倾斜特厚煤层开采冲击地压灾害,基于动静组合加载相似模拟试验研究了急倾斜特厚煤层开采煤岩动力响应及其冲击破坏特征.结果表明:急倾斜煤层工作面顶底板两侧煤体受力状态和冲击破坏均呈现非对称性,同一分段顶板侧煤体采动应力峰值、动力损伤程度和动态变形均大于底板侧煤体,该冲击显现属于整体失稳型冲击地压类型,以顶板侧煤体动力破...     

煤岩冲击下支架掩护梁的力学响应分析

为了研究掩护梁在煤岩冲击下的力学响应,使用有限元分析软件建立煤岩冲击掩护梁的动力学模型进行碰撞仿真,研究在不同形状、不同速度煤岩颗粒冲击下掩护梁碰撞力学特性。其结果可为通过振动响应原理来实现放顶煤的煤岩界面识别提供参考。     

单颗粒煤岩冲击放顶煤液压支架尾梁动态响应分析

综合机械化放顶煤开采过程中煤岩垮落产生的冲击载荷会导致放顶煤液压支架的运动状态发生变化,严重时会导致综放设备的冲击破坏。为研究放顶煤液压支架尾梁受到煤岩冲击后的动态响应及受力情况,利用机械系统动力学分析软件Adams建立放煤机构的刚柔耦合模型,通过固液弹簧耦合理论计算出尾梁平衡千斤顶的刚度并用弹簧阻尼系统进行等效替换。采用"煤岩直冲"的方式对尾梁进行加载,并引入Hertz接触理论确定接触参数。基于此模型,模拟煤岩颗粒冲击承载区不同位置以及在不同放煤角条件下冲击尾梁的动态过程,最后通过与刚体冲击方式下的仿真结果对比,验证了所用方法的可靠性。结果表明,煤岩冲击承载区不同位置时,尾梁的动态响应量及碰撞接触力有差异,冲击位置位于尾梁-弹簧连接处附近区域时,碰撞接触力较小,而尾梁的最大速度、加速度、振幅较大,在所有动态响应量中,最大振幅的变化规律最明显,随着冲击点位置远离尾梁-掩护梁铰接处附近区域,最大振幅稳定上升;当放煤角逐步增大时,尾梁的动态响应量及接触力均减小,尾梁的振动特性变弱,当放煤角较小时,煤岩冲击尾梁后会产生数值巨大的碰撞接触力。可选取尾梁的振幅响应作为反馈量对尾梁进行动态监测,同时应针对碰撞接触力较大的情况在放煤机构的设计制造中对其进行强度校核及结构优化,避免尾梁及其连接处冲击破坏情况的出现。