硬厚顶板破断结构演化及冲击危险区分析

针对硬厚顶板破断及结构演化对工作面冲击显现的影响,以东滩煤矿63上05工作面硬厚顶板条件为背景,运用理论分析和数值模拟分析了硬厚顶板破断失稳的临界条件及其结构演化过程,并划分工作面冲击危险区域。结果表明:顶板厚度和强度与块体破断时端部垂直载荷成正比,直接顶与基本顶的结构形态由“V”形演化成“U”形;顶板初次和周期跨落步距相较于常规情况明显增大,且基本顶结构演化较直接顶具有迟滞性;顶板垂直应力以应力拱形式演化,开采过程中在采空区中形成多处应力集中。基于研究结果,划分63上05工作面冲击危险区域并利用微震监测技术验证准确性。

冲击倾向煤样在不同应变率载荷作用下破裂的声发射及碎片分形特征

现有研究针对岩石受载破坏过程的声发射特征和试件碎片分形特征进行了相关分析,并取得了一定成果,但针对冲击倾向煤样在不同应变率单向受载条件下破坏程度的定量描述及与加载应变率定量关系的研究较少。针对该问题,基于MTS-C64.106型电液伺服系统对原煤试件在单轴静态载荷基础上施加不同应变率载荷试验,试验中采用PCI-2卡型声发射卡对试件受载破裂过程开展实时监测,同时应用分形理论对试件破裂碎片进行处理分析,定量评价试件破碎程度及与载荷应变率的关系。结果表明:(1)在静态载荷基础上,试件破坏的峰值强度随着应变率动载荷的升高而逐渐上升。(2)随着加载应变率增大,声发射总体数量减少,高能声发射事件增多,声发射振铃计数和能量幅值经历缓增-急增-突增的一致转变过程。(3)试件受载的能量输入速率与声发射振铃计数、内部撞击数增长趋势基本一致,即也会经历缓增-急增-突增的变化。(4)声发射与震动强弱正相关的常数随加载应变率增大而减小,与高低能震动数之比负相关的常数随加载应变率增大而增大;原煤试件的破坏模式会发生剪切破坏-劈裂破坏-爆裂破坏的转变。(5)当加载应变率较低时,试件主要是上半部分破坏,应变率增大后由试件中部逐渐向下半部分延伸破坏,原煤试件在动载应变率作用下的破坏过程主要是裂纹的脆性扩展行为。(6)试件冲击碎片质量分维与加载应变率呈二次函数关系,即存在加载应变率极值使试件破坏程度达到最大,试验显示该值为2.8×10^(-3)s^(-1)。

沿断层布置工作面回采诱发断层活化规律及冲击地压防治

以肖家庄二号断层和5322工作面为研究背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测等方法,分析了煤岩冲击倾向、地质构造、原岩应力与顶板活动等冲击地压影响因素,基于数值模型研究沿断层布置工作面受断层影响下的应力演化特征,采用了多因素耦合法对工作面冲击危险区域进行了划分,并提出相应的防治措施。结果表明:沿断层布置的工作面有较高的应力集中条件,工作面冲击地压危险区域主要集中在断层煤柱附近,其中开采过程中受断层与相邻采空区的影响具有中等冲击危险。采用大直径钻孔卸压、煤层注水等方式防治冲击地压的发生,经验证效果良好。