煤矿冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测方法

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作者 窦林名 孙振于 +6 位作者 曹安业 牟宗龙 巩思园 蔡武 马志锋 李家卓 周坤友 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期53-62,共10页

煤矿冲击地压防治必须从源头抓起,其中冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测是实现冲击地压源头治理的重要前提。基于动静载叠加诱冲理论,总结了冲击地压的动静载危险源和作用方式,其中静载危险源主要分为地质沉积属性类、地质构造... 煤矿冲击地压防治必须从源头抓起,其中冲击地压动静载危险源头分类、辨识与监测是实现冲击地压源头治理的重要前提。基于动静载叠加诱冲理论,总结了冲击地压的动静载危险源和作用方式,其中静载危险源主要分为地质沉积属性类、地质构造类和采掘应力集中类,共16种常见危险源;对冲击地压的作用方式主要包括煤岩性质不同使冲击发生的临界应力不同、巨厚坚硬岩层和断层运动产生强动载以及地质沉积微相的存在使煤岩体内静载应力升高3种方式。动载危险源主要分为震动波动载、受迫动载和炸药冲击动载3类;对冲击地压的作用方式主要包括使煤岩体内应力瞬时升高、强动载作用下冲击临界载荷降低及长时间动载作用下煤岩体和支护体累计损伤3种方式。针对静载冲击危险源头辨识问题,提出了基于地应力场反演的地质沉积静载危险源辨识方法,通过构建矿井地应力场反演模型并采用地应力实测数据矫正反演矿井地应力场分布状态,找出地质沉积静载危险区;提出了基于应力场CT反演技术的高静载危险源辨识方法,通过大范围长时间定期CT反演,找出高静载危险区。针对顶板岩层动载冲击危险源头辨识问题,提出了矿震关键层理论,构建了矿震关键层判别模型和方法。针对冲击静载危险源头监测,开发了主被动双源震动波一体化应力场监测技术,集成了主动和被动CT技术,实现了冲击静载危险源头实时、连续性的应力场反演分析。针对冲击动载危险源头监测,开发了井地一体微震监测技术,克服了传统微震监测技术垂直定精度差和冲击动载源头找不准的弊端,大幅度提高了微震监测精度和感知能力。基于现场应用,验证了上述技术方法的有效性,为冲击地压源头治理提供了参考。 展开更多

关键词 冲击地压 动静载危险源头 源头防治 危险源辨识 地应力场反演 矿震关键层 动静载叠加

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深部多层坚硬顶板动−静载耦合致灾机制与监测

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作者 付兴 李英豪 +4 位作者 张宏伟 荣海 宋健康 杨振华 王玉柱 《工矿自动化》 北大核心 2025年第10期131-141,150,共12页

因地质赋存、采掘布局等存在差异,冲击地压机制需要结合矿井和工作面的具体条件进行针对性研究。以河南大有能源股份有限公司耿村煤矿12240工作面为研究对象,从微震能量事件、工作面前方动静载能量叠加致灾和坚硬顶板应力在线监测的角... 因地质赋存、采掘布局等存在差异,冲击地压机制需要结合矿井和工作面的具体条件进行针对性研究。以河南大有能源股份有限公司耿村煤矿12240工作面为研究对象,从微震能量事件、工作面前方动静载能量叠加致灾和坚硬顶板应力在线监测的角度确定了上覆坚硬顶板对工作面冲击地压的影响。通过微震能量事件分布特征确定了坚硬顶板失稳活动的时空规律;建立了充分采动条件下工作面超前支承压力力学模型,提出了基于能量叠加原理的动静载耦合分析方法,计算了上覆各坚硬岩层破断传递至工作面的能量叠加;建立了坚硬岩层活动在线监测方案,通过锚索监测数据,定量揭示了工作面开采过程中煤岩体应力动态演化规律。研究结果表明:低位坚硬岩层、中位坚硬岩层1和中位坚硬岩层2协同破断传递至工作面的叠加能量达1.22×10^(4)J,显著超过耿村煤矿冲击地压临界能量;锚索监测数据显示,测点在距开切眼132~143 m区间出现显著应力增幅异常,该异常区与微震能量事件时空演化具有高度相关性,确定为冲击地压产生的主要诱因;基于锚索应力动态响应特征,将工作面推进过程中前方煤岩体活动特征划分为缓慢影响阶段、显著影响阶段和影响急速下降阶段3个典型阶段。 展开更多

关键词 冲击地压 多层坚硬顶板 动静载耦合 微震能量事件 深部开采 应力监测

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关键层复合效应下动静载诱冲机制及影响因素

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作者 曹安业 吕国伟 +6 位作者 薛成春 翁明月 张学启 马祥 彭雨杰 白贤栖 郝琪 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期141-152,共12页

鄂尔多斯矿区直罗组内邻近砂岩层间的运动及破断会相互影响形成复合效应,导致工作面超前支承应力峰值大、范围广,大能量微震事件频发,不同关键层影响下的动力显现特征也不尽相同。基于某矿3-102工作面不同钻孔控制区域动力显现的差异性... 鄂尔多斯矿区直罗组内邻近砂岩层间的运动及破断会相互影响形成复合效应,导致工作面超前支承应力峰值大、范围广,大能量微震事件频发,不同关键层影响下的动力显现特征也不尽相同。基于某矿3-102工作面不同钻孔控制区域动力显现的差异性,采用理论分析及数据分析方法构建了厚砂岩关键层复合效应结构力学模型,提出了复合关键层形成的判定条件,揭示了复合关键层采场冲击地压发生机理,模拟研究了分层厚度比、中间层厚度对岩层复合效应的影响,优化了复合效应作用下释能降载方案。研究结果表明:近煤层关键层赋存状态的不同是引起动力显现差异性的根本原因,2层厚度超过30m砂岩层赋存区域冲击危险程度高于单层厚度为50~70m的区域;提出了复合关键层的形成条件:2个关键层同步运动且在岩层接触面及模型最大剪应力处均不产生剪切滑移;复合关键层作用下工作面超前支承应力峰值及影响范围增加,破断释放动载强烈,与现场数据吻合,佐证了关键层复合效应下的冲击是由静载及多次强动载叠加作用诱发;上下分层厚度越接近、中间层厚度越薄,岩层间的复合效应越明显;优化后的顶板深孔爆破及煤体大直径钻孔方案施工后,工作面大能量微震事件活动强度、煤岩体应力集中水平明显降低,有效弱化了关键层复合效应对冲击危险的影响程度。 展开更多

关键词 大能量微震事件 复合关键层 复合效应 冲击地压 动静载

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真三轴动静组合加载下非均质花岗岩损伤特性与能量演化机制研究 被引量：1

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作者 龚航里 王明洋 +3 位作者 罗忆 邱艳宇 刘婷婷 李新平 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第3期47-63,共17页

为了研究三向应力约束下非均质花岗岩的动态力学特性及能量演化行为,采用真三轴Hopkinson装置开展了多云母类和岩脉类花岗岩的动静组合荷载循环加载试验,并结合FLAC^(3D)-PFC^(3D)耦合建模分析方法,分析了三向应力约束与高应变率对非均... 为了研究三向应力约束下非均质花岗岩的动态力学特性及能量演化行为,采用真三轴Hopkinson装置开展了多云母类和岩脉类花岗岩的动静组合荷载循环加载试验,并结合FLAC^(3D)-PFC^(3D)耦合建模分析方法,分析了三向应力约束与高应变率对非均质花岗岩动态裂纹扩展及能量演化机制的影响。研究结果表明:(1)在循环动态加载过程中,花岗岩内部裂缝网络的连通性逐渐增强,最终形成与最小主应力方向近似平行的高密集宏观剪切裂纹网络,岩脉类试样抗冲击能力较多云母类试样明显更低;(2)增大轴向应力导致晶间拉伸裂纹比例增大,促使起裂应力比(σ_(ci)/σ_(d))和损伤应力阈值比(σ_(cd)/σ_(d))降低,起裂应力和损伤应力阈值发生时间提前,并显著削弱了试样的动态强度;(3)侧向应力约束提高了试样动态损伤应力阈值,延缓了起裂应力发生时间,抑制了颗粒间相对滑移的摩擦作用,减弱了破坏过程中动能的释放,并对试样的动态强度表现出强化效应;(4)在真三轴应力约束下,冲击加载主要贡献于滑移摩擦能的耗散,而动能始终保持在相对较低的水平。 展开更多

关键词 动静组合荷载 非均质岩石 动态损伤 能量演化 3D-GBM模型

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不同应力状态及应变率下组合煤岩体力学特性及能量演化规律

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作者 马智会 马智勇 +1 位作者 潘荣锟 崔峰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期102-113,共12页

深部煤岩体应力环境复杂多变,为进一步揭示动载荷诱发冲击地压的发生机制,采用岩-煤-岩结构试样,利用改进后SHPB试验系统,开展不同应力状态(无轴压及围压、一维动静组合、三维动静组合)及应变率(49.3~137.9 s^(-1))下冲击试验,研究组合... 深部煤岩体应力环境复杂多变,为进一步揭示动载荷诱发冲击地压的发生机制,采用岩-煤-岩结构试样,利用改进后SHPB试验系统,开展不同应力状态(无轴压及围压、一维动静组合、三维动静组合)及应变率(49.3~137.9 s^(-1))下冲击试验,研究组合煤岩体试样的强度、变形、破坏特征及能量演化规律。结果表明:无轴压及围压、一维动静组合下组合体试样应力应变曲线峰后存在应力回弹及应变软化2种类型,三维动静组合下都存在应力回弹现象。3种应力状态下试样峰值强度大致随应变率的增加而增加,表现出明显的率相关性。3种应力状态下,都是反射能占入射能的比例最高,透射能占入射能的比例最低;三维动静组合下,反射能占入射能的比例低于其他2种应力状态;当应变率低于123 s^(-1),能量利用率、耗散能随应变率增加而逐渐增加,耗散能密度随入射能的增加而增加。试样破坏形式表现出明显的率相关性,随着应变率的增加,煤、砂岩碎块尺寸也逐渐变小。无轴压及围压、一维动静组合下试样首先在煤岩界面发生破坏,煤、砂岩产生较多小尺寸碎块是由于峰后二次裂纹造成的。三维动静组合下单次冲击后煤岩体破裂不明显。 展开更多

关键词 动静加载 组合煤岩体 力学特性 能量演化 岩石动力学

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动静载叠加条件下近直立煤层巷道围岩损伤特征及支护优化 被引量：1

6

作者 朱红伟 康忠全 +1 位作者 宋炳霖 冯攀飞 《工矿自动化》 北大核心 2025年第2期138-147,共10页

目前大多数冲击地压防治研究集中于水平和缓倾斜煤层,而近直立煤层由于独特的赋存特性,冲击地压显现特征与常规水平煤层具有显著差异。以国家能源集团新疆能源化工有限公司乌东煤矿为研究背景,通过数值模拟研究了动静载叠加条件下近直... 目前大多数冲击地压防治研究集中于水平和缓倾斜煤层,而近直立煤层由于独特的赋存特性,冲击地压显现特征与常规水平煤层具有显著差异。以国家能源集团新疆能源化工有限公司乌东煤矿为研究背景,通过数值模拟研究了动静载叠加条件下近直立煤层巷道围岩应力、位移和塑性区分布特征,结果表明:静载作用下,围岩应力分布呈区域应力相互贯通、局部高应力集中的特点,巷道围岩应力、位移和塑性区呈非对称分布特征,具体表现为巷道上部区域应力和位移随着距坚硬顶板距离变小而逐渐增大,并在巷道右帮肩部煤体与坚硬顶板交界位置达到峰值;动静载叠加作用后,围岩应力、位移和塑性区非对称分布特征进一步加剧,局部峰值应力显著增加,动载导致的围岩最大变形量比静载条件下提高了2倍,高应力集中区和塑性区急速扩展。基于动静载叠加条件下巷道围岩非对称损伤特征,针对性提出了乌东煤矿近直立煤层群开采的巷道支护优化方案:加密顶板锚杆索间排距以减少动静载影响:增加巷道上部锚杆数量、调整锚杆倾斜角度来应对巷道顶板变形;在巷道右帮肩部增设短锚索以避免坚硬顶板的挤压和撬动影响;提高锚杆预紧力来提高抗动载冲击能力。该支护优化方案大幅提高了巷道围岩在动静载叠加条件下的稳定性。 展开更多

关键词 近直立煤层 动静载叠加 围岩应力 围岩位移 非对称损伤特征 巷道支护

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厚硬顶板地面水力压裂冲击地压防治技术研究 被引量：7

7

作者 姜国成 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期216-223,共8页

为了解决孟村煤矿冲击地压难治理的问题,开展孟村煤矿401盘区地面水平井分段水力压裂防冲实践,并基于“动静载荷叠加诱发机理”分析了401102工作面冲击地压发生机理,综合考虑关键层判别、覆岩结构、关键层物理力学性质、赋存特点及能量... 为了解决孟村煤矿冲击地压难治理的问题,开展孟村煤矿401盘区地面水平井分段水力压裂防冲实践,并基于“动静载荷叠加诱发机理”分析了401102工作面冲击地压发生机理,综合考虑关键层判别、覆岩结构、关键层物理力学性质、赋存特点及能量释放规律等因素,确定401102工作面厚硬顶板地面压裂的目标层位,确定了2口水平井的布置位置,并对水平井井身结构参数、压裂方案、压裂参数设计等技术参数进行研究,通过对比421102工作面在压裂区域及非压裂区域的支架监测数据对地面压裂技术的防冲卸压效果进行检验,结果表明:工作面进入地面压裂区域支架压力低、来压规律不明显,支架工作阻力平稳,顶板未产生强烈动载,说明地面压裂对目标岩层起到了较好的卸压效果,保障了421102工作面的安全高效回采。 展开更多

关键词 冲击地压 地面水平井 支架工作阻力 动静载叠加 灾害防治

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动静组合加载下锚固裂隙岩体的止裂与吸能机理 被引量：1

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作者 韩凤岩 余东峰 +2 位作者 陈瑜 黄林冲 徐志胜 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1418-1424,共7页

为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特... 为研究锚杆对深部含裂隙岩体的锚固止裂效应,进行了不同冲击气压下的动静组合加载试验.基于优化的锚杆界面力学模型,建立了新型有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合数值分离式霍普金森杆系统及锚杆模型.对裂隙岩体和锚固裂隙岩体的力学特性、能量耗散及破坏特征进行了研究,并从细观能量耗散角度阐述了锚杆在动荷载下对裂隙岩体的锚固机理.结果表明:裂隙岩体和锚固裂隙岩体的动态抗压强度随冲击气压的增大而增加,锚杆对裂隙岩体的锚固效应可提高动态抗压强度,减小裂隙岩体的冲击后破坏程度,锚固裂隙岩体能量吸收率变化规律趋同于完整岩体;从细观角度分析,锚杆加固使得裂隙岩体的摩擦滑移耗散能和破坏后碎块携带动能降低,整体吸收能量减少. 展开更多

关键词 动静组合加载 裂隙岩石 力学特性 锚固机理 有限差分法-离散元法(FDM-DEM)耦合

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厚硬顶板刀把形采空区下综放工作面冲击地压机制研究 被引量：10

9

作者 钟涛平 李振雷 +4 位作者 杨伟 赵志鹏 宋大钊 李红平 周超 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期29-39,共11页

不规则的开采空间结构可增大煤矿冲击地压危险,研究多煤层复杂开采空间结构下工作面冲击机制对煤炭资源安全采出具有重要意义。综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了某矿井W1123综放工作面的动静载分布特征,分析了冲击显... 不规则的开采空间结构可增大煤矿冲击地压危险,研究多煤层复杂开采空间结构下工作面冲击机制对煤炭资源安全采出具有重要意义。综合采用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,研究了某矿井W1123综放工作面的动静载分布特征,分析了冲击显现机制,提出了针对性的防冲措施并进行现场应用。结果表明,上覆刀把形采空区和厚硬顶板综合作用下W1123工作面动静载分布具有区域性特征,当工作面仅受到刀把形采空区的“刀柄”作用或同时受“刀柄”和“刀身”作用时,工作面中下部和区段煤柱静载集中、动载扰动剧烈,工作面回风巷围岩也存在动静载集中,且距离刀把形采空边界越近则围岩动静载越高;仅受“刀身”作用时,工作面回风巷围岩静载集中受动载扰动。工作面静载集中区和动载扰动区重合,动静载叠加造成冲击显现。依据刀把形采空区结构特征,W1123工作面回采期间冲击类型依次为强动载型、高静载强动载型、高静载型。数值模拟和现场监测揭示的冲击危险区与理论分析结果一致。针对W1123工作面静动载分布特征,优化设计了冲击地压防治措施,增大了厚硬顶板处理高度和破碎程度、增加了工作面运输巷煤体爆破和煤柱切顶以降低顶板和煤体应力和能量集中;优化措施实施后,工作面微震事件日均能量总体下降54%,大能量事件大幅减少,冲击地压危险显著降低。该研究结果可为相似条件矿井的冲击地压防治提供借鉴。 展开更多

关键词 冲击地压 刀把形采空区 综放工作面 静载分布 动载扰动 厚硬顶板

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小庄煤矿冲击地压分源解危措施及效果分析

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作者 武亮 马科 《绿色科技》 2024年第6期216-219,235,共5页

针对冲击地压难以精准防治的问题,结合动静组合叠加理论,开展了分源监测,提出了冲击地压危险源层次化监测和分源解危措施,即对煤岩破断之后所萌生的动载荷监测工作,需要借助微震法对全矿井实施监测。同时借助地音法对重点工作面实行监测... 针对冲击地压难以精准防治的问题,结合动静组合叠加理论,开展了分源监测,提出了冲击地压危险源层次化监测和分源解危措施,即对煤岩破断之后所萌生的动载荷监测工作,需要借助微震法对全矿井实施监测。同时借助地音法对重点工作面实行监测,借助应力在线监测的方法以及钻屑法抽样监测的方法,实现局部危险区域内的煤体静载荷全面监测。基于检测结果,制定了针对掘进工作面迎头及顶煤的冲击地压解危方案并在现场进行了实施。结果表明:采掘扰动是诱发冲击地压发生的重要因素,采用冲击地压解危方案后,钻屑平均值分别由卸压前的2.44、2.26 kg/m降低至1.98、1.87 kg/m,起到了明显的卸压效果,为合理防治冲击地压提供了思路。 展开更多

关键词 冲击地压 动静组合 分源解危 卸压效果

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煤矿冲击矿压动静载叠加原理及其防治 被引量：276

11

作者 窦林名 何江 +2 位作者 曹安业 巩思园 蔡武 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期1469-1476,共8页

煤矿冲击矿压动力灾害日趋严重,且浅部也出现了该现象。理论研究了动载与静载叠加诱发冲击矿压的能量和应力条件,系统地提出了动静载叠加诱发冲击矿压的原理,并分析了煤矿动静载特征,根据应变率对煤矿载荷状态进行了界定,试验研究了煤... 煤矿冲击矿压动力灾害日趋严重,且浅部也出现了该现象。理论研究了动载与静载叠加诱发冲击矿压的能量和应力条件,系统地提出了动静载叠加诱发冲击矿压的原理,并分析了煤矿动静载特征,根据应变率对煤矿载荷状态进行了界定,试验研究了煤岩力学特性与应变率的关系以及动静叠加作用下煤的破坏形态。结果表明:随着应变率增大,煤岩强度、弹性模量呈指数关系增大,当静载占比较大时,煤岩呈剪切破坏;当动载占比较大时,煤岩呈现劈裂甚至爆裂破坏。当动静叠加接近煤岩强度时,单轮或多轮动载作用可诱发煤岩冲击破坏;当动静叠加远小于煤岩强度时,多轮动载虽然能使煤岩产生损伤但难以诱发冲击破坏。动静叠加诱发冲击矿压表现为2种类型:1高静载型,深部开采时,围岩静载较高,矿震产生的微小动载增量可使叠加载荷超过煤岩冲击破坏临界而诱发煤岩冲击破坏;2强动载型,浅部开采时,围岩静载较小,强矿震的冲击动载较大,叠加载荷超过煤岩冲击破坏临界导致煤岩冲击破坏。基于冲击矿压的动静载叠加诱发原理,讨论了冲击矿压监测及防治思路和方法。 展开更多

关键词 冲击矿压 动载 静载 动静载叠加 监测 防治

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薄煤层动静组合诱发冲击地压的机制 被引量：51

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作者 何江 窦林名 +2 位作者 蔡武 李振雷 丁言露 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期2177-2182,共6页

理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及... 理论分析了动静组合诱发冲击地压的应力条件和能量转化过程,揭示了动静组合诱发冲击地压机制,数值计算分析了工作面应力分布特征与煤厚之间的关系,采用微震监测数据分析了卸压爆破产生的应力波传播规律,并分析研究了薄煤层动静载特征及诱发冲击地压过程。结果表明:薄煤层工作面应力集中程度较厚煤层高,峰值应力区距离煤壁较近,应力梯度较大;采动动载直接与高应力叠加,且开采导致的应力降以及单位体积煤体释放的弹性变形能远高于厚煤层,在动静组合作用下,薄煤层工作面易于达到动静组合诱发冲击地压的应力和能量条件,显著符合动静组合诱冲机制。最后基于动静载组合诱发薄煤层冲击地压的机制,探讨了薄煤层冲击地压防治原则和技术方法。 展开更多

关键词 薄煤层 冲击地压 动静组合 动载 静载

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我国煤炭深部开采冲击地压特征、类型及分源防控技术 被引量：125

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作者 潘俊锋 齐庆新 +3 位作者 刘少虹 王书文 马文涛 亢鑫超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期111-121,共11页

我国煤炭资源大规模步入深部开采,深部开采冲击地压事故频繁发生,为了厘清深部开采冲击地压特点、启动类型以及防治与浅部开采的区别,为深部开采防治冲击地压提供理论与技术指导,以我国煤炭资源深部开采冲击地压特征研究为切入点,从诱... 我国煤炭资源大规模步入深部开采,深部开采冲击地压事故频繁发生,为了厘清深部开采冲击地压特点、启动类型以及防治与浅部开采的区别,为深部开采防治冲击地压提供理论与技术指导,以我国煤炭资源深部开采冲击地压特征研究为切入点,从诱发冲击地压的载荷源角度,结合工程实例,建立力学模型,研究提出了我国深部开采冲击地压的3种类型,最后提出了深部开采巷道冲击地压动静载荷分源防控方法。结果表明,我国煤炭深部开采冲击地压特征总体表现为因基础静载荷充足,发生门槛降低,冲击显现位置点多面广,发生原理隐蔽性、自发性、时滞性占比大,防治范围扩大,应力恢复快,高强度、长时效卸压要求突出;将我国煤炭深部开采冲击地压划分为3种类型,即深部动静载叠加型、深部高静载加载型、深部高静载卸荷型。深部动静载叠加型,因深部煤炭资源高地压环境,与浅部相比,较高的基础静载荷获得微动载扰动、叠加可发生冲击地压。深部高静载加载型冲击地压,其静载荷缓慢对极限平衡区加载过程冲击是材料失稳,导致工程结构体结构动力失稳的结果,而深部高静载卸荷型冲击地压,其高静载荷最小阻抗带减小,静载荷卸荷过程是围岩结构稳定性遭到破坏,导致工程结构体材料动力失稳的结果,2者存在本质差别;深部冲击地压防控与常规浅埋冲击地压防控,差别在于基础静载荷充足,增量顶板等动载荷来源复杂,冲击危险区域基础静载荷获取增量静、动载荷门槛降低,因此必须高强度、长时效实现静、动载荷源分源防控,阻止诱发冲击地压的载荷条件形成;在动静载荷分源防控指导思想下,针对顶板动载荷源,开发了顶板“钻-切-压”一体化技术,深度弱化顶板,消除顶板动载源;针对巷道两帮垂直应力集中,开发了煤层一次成孔300 mm超大直径无人钻孔技术,高强度、长时效疏导煤体垂直应力;针对巷道底板高水平应力,开发了巷道底角联排桩基,高强度切断水平应力,阻止底板冲击滑移等技术,现场应用效果良好。 展开更多

关键词 冲击地压 深部开采 深部冲击地压 类型 分源防控 加载 卸荷 动静载

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煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论基础与关键技术 被引量：206

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作者 齐庆新 潘一山 +7 位作者 李海涛 姜德义 舒龙勇 赵善坤 张永将 潘俊锋 李宏艳 潘鹏志 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1567-1584,共18页

煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”... 煤岩层赋存条件决定了煤矿深部开采条件下煤岩动力灾害的发生机理更趋复杂、防控难度显著增大,如何解决煤矿深部开采煤岩动力灾害防控问题,直接影响我国煤矿的安全生产和能源的有效供给。针对“煤矿深部开采煤岩动力灾害防控技术研究”这一科学命题,基于冲击地压“三因素”机理和煤与瓦斯突出的综合作用假说,从煤岩动力灾害防控理论基础、关键技术和防控实践等3个方面,梳理澄清了煤矿煤岩动力灾害防控中的一些模糊概念,建立了用于统一描述冲击地压和煤与瓦斯突出发生机理的广义“三因素”(“物性因素”、“应力因素”及“结构因素”)理论,确定了我国煤矿典型冲击地压的4种类型(煤层材料失稳型、煤层结构失稳型、顶板断裂型、断层滑移错动型),分析了影响冲击地压和煤与瓦斯突出的主要因素,从思想认知、原则方法及技术核心等方面凝练了煤岩动力灾害多尺度分源防控技术,提出了深部开采冲击地压巷道“三级”吸能支护思想与成套技术,开发了煤与瓦斯突出井上下联合抽采防控技术和超高压水射流“横切纵断”防治复合煤岩动力灾害技术,并在现场开展了应用试验。煤矿深部开采煤岩动力灾害防控理论与关键技术的建立与完善,为我国今后煤矿煤岩动力灾害的防治提供了科学依据。 展开更多

关键词 煤岩动力灾害 冲击地压 广义“三因素”理论 冲击地压巷道“三级”吸能支护 井上下联合抽采防突

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真三轴单面临空下煤岩组合体冲击破坏特征试验研究 被引量：21

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作者 杨科 刘文杰 +2 位作者 马衍坤 许日杰 池小楼 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期15-27,共13页

煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学... 煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学特征和强度条件,探究了不同应力边界下煤岩组合体的破坏形态、动力显现特征和声发射信号的演变规律。研究结果表明:(1)受煤岩变形相互制约的影响,交界面处砂岩强度被“弱化”。当界面处煤体裂隙尖端的应力大于“弱化”后砂岩强度时,裂隙将穿过煤岩界面发育至砂岩中,砂岩呈现出屈曲层裂、劈裂成板的破坏形态。(2)高静载作用下,煤岩组合体变形破坏特征和声发射信号具有明显的前兆规律,组合体发生承载失效前煤体局部颗粒弹射动能增大、弹射颗粒块度降低,声发射信号由“高频低能”向“高频高能”转变,组合体的破坏形态以剪切-张拉复合破坏为主。(3)受冲击动载影响,顶底板砂岩夹持作用减弱,煤体裂纹尖端应力得不到有效积聚,裂纹扩展到煤岩交界面时被阻隔,组合体以煤样的张拉破坏为主,声发射信号呈现出“高频高能”的特点,但大多集中在冲击破坏之后,导致组合体动力破坏难以预测。(4)与纯静载作用相比,虽然动静载耦合作用下静载水平较低,但煤岩组合体的抛射质量和抛射碎块的分形维数较大、平均破碎块度较小,说明动载对煤岩组合体的破坏起到了正向激励的作用,静载为煤岩体动力破坏提供了应力和能量条件。 展开更多

关键词 采矿工程 冲击地压 动静耦合加载 煤岩组合体 动力显现特征 前兆信息规律

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动静加载下组合煤岩的应力波传播机制与能量耗散 被引量：62

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作者 刘少虹 毛德兵 +1 位作者 齐庆新 李凤明 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第A01期15-22,共8页

运用改进的霍普金森压杆,在波动力学理论的基础上,研究动静载下煤岩结构的应力波传播机制与能量耗散,分析应力波幅值和静载对煤岩组合体中应力波的波形、透射系数、反射系数和能量耗散的影响规律。研究结果表明：应力波幅值和静载明显... 运用改进的霍普金森压杆,在波动力学理论的基础上,研究动静载下煤岩结构的应力波传播机制与能量耗散,分析应力波幅值和静载对煤岩组合体中应力波的波形、透射系数、反射系数和能量耗散的影响规律。研究结果表明：应力波幅值和静载明显的影响组合煤岩中应力波的传播性质;并且煤岩组合结构初始处于弹性与塑性状态的透射、反射系数随动载的变化规律是不同的。动载能量耗散随应力波幅值的增大而增大,随着静载的增大呈现先增大后减小的趋势。同时注意到组合煤岩在静载在0.50~0.75动载耗散能量迅速降低,并且组合加载下煤岩结构的破坏失稳可分为两种形式,包括动载主导和动载诱发,分别以动载和静载为主要能量源。由静载对应力波传播机制和能量耗散的影响可知,埋深不同或距离采掘空间的远近不同,应力波传播机制和能量耗散是不同的。 展开更多

关键词 动静组合加载 组合煤岩 应力波 能量耗散 动载冲击地压

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动静组合载荷作用下岩石破碎数值模拟及试验研究 被引量：25

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作者 赵伏军 谢世勇 +1 位作者 潘建忠 黄寿元 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1290-1295,共6页

运用ANSYS软件对花岗岩在单一静载、动载和动静组合载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:静载破岩时岩石中的裂纹扩展范围比冲击破岩时广,形成的破碎角大;冲击载荷破岩时岩石中的裂纹扩展速度比静载时快,形成的破碎角较小... 运用ANSYS软件对花岗岩在单一静载、动载和动静组合载荷作用下的破坏过程进行了数值模拟分析。结果表明:静载破岩时岩石中的裂纹扩展范围比冲击破岩时广,形成的破碎角大;冲击载荷破岩时岩石中的裂纹扩展速度比静载时快,形成的破碎角较小;动静组合载荷破岩时破碎深度和裂纹扩展面积比单一静载或动载时均大,破岩效果优于单一加载模式。在多功能岩石破碎试验装置上对花岗岩分别进行了单一静载、冲击载荷和动静组合载荷破岩试验,进一步表明动静组合载荷破岩在破碎深度、破碎体积和破岩比能方面比静力压入或单一冲击具有明显的优势,能大幅度提高破岩效果。不同的动静组合载荷存在不同的破岩比能,合理选取动静载荷的比值,可使破岩比能最小,破碎效果达到最优。 展开更多

关键词 动静组合载荷 岩石破碎 数值模拟 裂纹扩展 破岩比能

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邻近采空区巷道外错布置防治冲击地压技术 被引量：12

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作者 郭晓强 窦林名 +2 位作者 徐必根 唐绍辉 文兴 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第2期1-5,共5页

为预防邻近采空区侧回采巷道繁发冲击矿压,根据动静载叠加诱发回采巷道冲击破坏模型,采用理论分析的方法,揭示了邻近采空区巷道冲击破坏机理及其冲击地压频发的理论依据,基于动静载主要构成得出了邻近采空区巷道冲击破坏的2种模式以及... 为预防邻近采空区侧回采巷道繁发冲击矿压,根据动静载叠加诱发回采巷道冲击破坏模型,采用理论分析的方法,揭示了邻近采空区巷道冲击破坏机理及其冲击地压频发的理论依据,基于动静载主要构成得出了邻近采空区巷道冲击破坏的2种模式以及必要准则,从而提出了降低动静载叠加影响的邻近采空区巷道外错布置技术,并且确定了巷道降低静载避开支承压力集中区以及削弱动载以增大传播介质衰减指数为原则的巷道布置原理,最后邻近采空区巷道外错布置技术在跃进煤矿得到了成功实践,取得了明显、有效的防治冲击地压效果。 展开更多

关键词 采矿工程 邻近采空区 外错布置 冲击地压 动静载

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锚杆静-动力学特性及其冲击适用性 被引量：21

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作者 王爱文 高乾书 +3 位作者 代连朋 潘一山 张建卓 陈建强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2999-3006,共8页

利用自主研制的静-动加载试验系统开展了等强与非等强螺纹钢锚杆的静力拉伸实验及有无预应力加载的动力冲击实验。结果表明:在静荷载作用下等强与非等强螺纹钢锚杆都经历了"线弹性变形—屈服平台—强化阶段—径缩破坏"的4个阶... 利用自主研制的静-动加载试验系统开展了等强与非等强螺纹钢锚杆的静力拉伸实验及有无预应力加载的动力冲击实验。结果表明:在静荷载作用下等强与非等强螺纹钢锚杆都经历了"线弹性变形—屈服平台—强化阶段—径缩破坏"的4个阶段;冲击加载时锚杆的屈服阶段可划分为瞬态屈服与稳态屈服,瞬态屈服的峰值载荷明显高于稳态屈服载荷,且相同直径条件下与静力加载相比锚杆屈服伸长量减小;当冲击能量低于9 kJ时,锚杆杆体能承受多次冲击扰动,且冲击后能够保证足够的杆体强度,但当冲击能量高于9 kJ时,锚杆抗冲吸能性能显著下降,低能量冲击时非等强螺纹钢锚杆的抵抗能力明显优于等强螺纹钢锚杆;无论从锚杆的动态轴力-位移曲线还是从锚杆的峰值载荷与伸长量上看,预应力对冲击载荷下锚杆的动力响应特征无明显影响,但进行防冲支护时,有必要提高预应力加载水平。 展开更多

关键词 冲击地压 锚杆 静-动力学性能 预应力冲击 冲击适用性

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板裂体组合条件下岩爆倾向性分析 被引量：7

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作者 周辉 胡善超 +1 位作者 卢景景 张传庆 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期1-7,共7页

针对已有突变理论仅对单块板裂岩体进行分析的局限性,提出将板裂化岩体作为整体进行研究,考虑了劈裂岩体间的水平应力,改进了突变理论模型在岩爆分析中的应用,并分别计算对比了单块岩板及板裂岩板组合在准静力及动力扰动两种条件下的岩... 针对已有突变理论仅对单块板裂岩体进行分析的局限性,提出将板裂化岩体作为整体进行研究,考虑了劈裂岩体间的水平应力,改进了突变理论模型在岩爆分析中的应用,并分别计算对比了单块岩板及板裂岩板组合在准静力及动力扰动两种条件下的岩爆倾向性。研究结果表明,准静力条件下单块岩板突变特征值?变化趋势平缓,而组合岩体由于等效抗弯刚度较大,?急剧增大;准静力条件下岩板组合的岩爆深度明显大于单块岩板时,岩爆深度达到0.76 m;随岩板厚度增加,突变特征值?逐渐增大,不再满足岩爆的充分条件,施加竖向扰动应力即可重新满足突变条件,所需外界扰动应力由几兆帕增大至几十兆帕。 展开更多

关键词 岩爆 单块岩板 组合岩板 突变 准静力 动力扰动

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