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断层滑移诱发巷道冲击试验与模拟研究
1
作者
王学宁
康红普
+5 位作者
高富强
王晓卿
柏建彪
杨磊
原贵阳
李建忠
《煤炭学报》
北大核心
2025年第8期3843-3856,共14页
断层滑移型冲击地压对煤矿深部安全高效开采造成严重威胁,探究断层滑移诱发巷道冲击破坏的控制因素和本质机理对灾害防控具有重要意义。基于自主研制的煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,研发了低强高脆模型材料并制备了断层滑移型巷...
断层滑移型冲击地压对煤矿深部安全高效开采造成严重威胁,探究断层滑移诱发巷道冲击破坏的控制因素和本质机理对灾害防控具有重要意义。基于自主研制的煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,研发了低强高脆模型材料并制备了断层滑移型巷道冲击物理模型,提出了断层滑移的加载方法,成功再现了断层滑移诱发巷道冲击破坏全过程的地质灾害现象,辅以数值模拟揭示了断层滑移型巷道冲击地压机制。结果表明:①低强高脆模型材料以水玻璃为主胶结剂,试样平均单轴抗压强度为7.40 MPa,黏聚力为3.35 MPa,冲击能量指数为18,弹性能量指数为9.2,在单轴加载条件下能发生弹射、飞溅等典型的动力破坏,适用于模拟断层滑移型巷道冲击地压。②采用“先巷道临界加载−后断层激活加载”方案,实现了断层滑移型巷道冲击地压全过程的试验模拟。断层滑移过程具有显著的黏滑特征,对应巷道呈间歇性冲击破坏,且冲击破坏过程极其短暂。巷帮小颗粒弹射为巷道冲击破坏的显著前兆特征。③断层滑移型巷道冲击地压全过程的发生机制为:断层在剪断过程中锁固结构发生渐次破断激发震动波—震动波呈衰减方式传播至巷道围岩—震动波诱发高应力巷道围岩应变能释放发生冲击破坏。④断层滑移激发的震动波是断层滑移型巷道冲击地压的直接触发因素,断层滑移型巷道冲击地压发生的主要能量来源于巷道围岩释放的应变能,其中30%转化为滑动摩擦能,用于裂隙扩展使岩体破碎,5.6%转化为冲击动能,用于破碎块体弹射冲出。
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关键词
断层滑移
巷道冲击破坏
低强高脆材料
黏滑震荡
震动波传播
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职称材料
煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证
被引量：
3
2
作者
康红普
高富强
+9 位作者
王晓卿
柏建彪
王琦
章冲
王襄禹
杨磊
娄金福
李延辉
王学宁
原贵阳
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3701-3710,共10页
断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题。为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断...
断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题。为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟。煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为20 MPa,模型尺寸为1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求。开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于3.44~7.81 MPa,冲击能指数为9.2,弹性能指数为8.83,兼具低强高脆特性。基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征。实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响。
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关键词
断层滑移型
冲击
地压
试验系统
低强高脆相似材料
物理模拟
巷道冲击破坏
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职称材料
题名
断层滑移诱发巷道冲击试验与模拟研究
1
作者
王学宁
康红普
高富强
王晓卿
柏建彪
杨磊
原贵阳
李建忠
机构
中国矿业大学矿业工程学院
中煤科工开采研究院有限公司
煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室
出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第8期3843-3856,共14页
基金
国家自然科学基金资助项目(51927807)
天地科技股份有限公司资助项目(KJ-2021-KCSYS-02,KJ-2021-KCSYS-01)。
文摘
断层滑移型冲击地压对煤矿深部安全高效开采造成严重威胁,探究断层滑移诱发巷道冲击破坏的控制因素和本质机理对灾害防控具有重要意义。基于自主研制的煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,研发了低强高脆模型材料并制备了断层滑移型巷道冲击物理模型,提出了断层滑移的加载方法,成功再现了断层滑移诱发巷道冲击破坏全过程的地质灾害现象,辅以数值模拟揭示了断层滑移型巷道冲击地压机制。结果表明:①低强高脆模型材料以水玻璃为主胶结剂,试样平均单轴抗压强度为7.40 MPa,黏聚力为3.35 MPa,冲击能量指数为18,弹性能量指数为9.2,在单轴加载条件下能发生弹射、飞溅等典型的动力破坏,适用于模拟断层滑移型巷道冲击地压。②采用“先巷道临界加载−后断层激活加载”方案,实现了断层滑移型巷道冲击地压全过程的试验模拟。断层滑移过程具有显著的黏滑特征,对应巷道呈间歇性冲击破坏,且冲击破坏过程极其短暂。巷帮小颗粒弹射为巷道冲击破坏的显著前兆特征。③断层滑移型巷道冲击地压全过程的发生机制为:断层在剪断过程中锁固结构发生渐次破断激发震动波—震动波呈衰减方式传播至巷道围岩—震动波诱发高应力巷道围岩应变能释放发生冲击破坏。④断层滑移激发的震动波是断层滑移型巷道冲击地压的直接触发因素,断层滑移型巷道冲击地压发生的主要能量来源于巷道围岩释放的应变能,其中30%转化为滑动摩擦能,用于裂隙扩展使岩体破碎,5.6%转化为冲击动能,用于破碎块体弹射冲出。
关键词
断层滑移
巷道冲击破坏
低强高脆材料
黏滑震荡
震动波传播
Keywords
fault-slip
roadway rockburst
low-strength and high-brittle materials
stick-slip shock
seismic wave propagation
分类号
TD353 [矿业工程—矿井建设]
在线阅读
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职称材料
题名
煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证
被引量：
3
2
作者
康红普
高富强
王晓卿
柏建彪
王琦
章冲
王襄禹
杨磊
娄金福
李延辉
王学宁
原贵阳
机构
中煤科工开采研究院有限公司
煤炭科学研究总院开采研究分院
煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室
中国矿业大学矿业工程学院
山东大学
出处
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第9期3701-3710,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(51927807)
天地科技股份有限公司资助项目(KJ-2021-KCSYS-02,KJ-2021-KCSYS-01)。
文摘
断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题。为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟。煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为20 MPa,模型尺寸为1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求。开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于3.44~7.81 MPa,冲击能指数为9.2,弹性能指数为8.83,兼具低强高脆特性。基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征。实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响。
关键词
断层滑移型
冲击
地压
试验系统
低强高脆相似材料
物理模拟
巷道冲击破坏
Keywords
fault-slip rockbursts
test system
low-strength high-brittleness material
physical simulation
roadway bursting failure
分类号
TD324 [矿业工程—矿井建设]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
断层滑移诱发巷道冲击试验与模拟研究
王学宁
康红普
高富强
王晓卿
柏建彪
杨磊
原贵阳
李建忠
《煤炭学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
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职称材料
2
煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证
康红普
高富强
王晓卿
柏建彪
王琦
章冲
王襄禹
杨磊
娄金福
李延辉
王学宁
原贵阳
《煤炭学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
3
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