实体煤掘进加卸载路径下的冲击机理及防控研究

实体煤掘进冲击矿压受覆岩运动影响较小是其典型特点,其冲击机理缺乏系统研究。本文从实体煤掘进围岩力学行为入手,展开其冲击机理及防控研究。首先,运用数值模拟方法得到煤巷掘进围岩应力路径具有"竖向加载-倾向卸载-走向固定"的三轴加卸载特征;然后展开三轴加卸载路径下的煤样力学和冲击特征试验;最后用试验结果指导实体煤掘进冲击防控设计。试验揭示了煤样峰值点的加卸载侧应力不仅受初始加载侧应力和初始卸载侧应力影响,而且与卸载速率和加载速率比值(简称"卸加比")呈指数型降低,但是受初始固定侧应力影响较小。发现实验室煤样需要满足高应变速率和高应力2个条件才能形成冲击,非冲击煤样和冲击煤样分别呈现层裂式和爆裂式破坏特征,前者对应的声发射能量值比后者小2个数量级。根据加卸载下煤样破裂特征及冲击形成条件,制定相应的实体煤掘进冲击防控设计方案。现场实践表明,所设计的实体煤巷道掘进冲击防控方案有效降低了大能级矿震和冲击矿压的发生概率。