卸荷及瓦斯作用下煤体冲击倾向性特征试验研究

卸荷损伤作用下含瓦斯煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部矿井中煤与瓦斯复合型冲击地压形成机理起着关键作用。为了探究卸荷作用对含瓦斯煤体冲击倾向性的影响,对含瓦斯煤体进行了不同卸荷幅度下变上限循环加卸载。试验结果表明:瓦斯对煤体力学性质具有劣化作用,9 MPa围压下经过1 MPa与2 MPa瓦斯作用后的煤试件抗压强度分别降低了11.2%及18.7%;在卸荷幅度分别为3 MPa与6 MPa作用下,煤试件抗压强度分别降低了12.6%与36.5%,剩余弹性能指数分别降低了10.4%与16.7%;含1 MPa瓦斯煤试件抗压强度分别降低约13.5%与39.8%,剩余弹性能指数分别降低了15.9%与43.6%;含2 MPa瓦斯煤试件抗压强度分别降低约16.7%与47.2%,剩余弹性能指数分别降低了20.3%与48.5%;随着卸荷幅度的增加,煤试件力学性能不断降低,且瓦斯作用会进一步加剧卸荷劣化程度,同时随着瓦斯压力的增加,劣化程度逐步加深;此外,卸压作用能够有效降低煤体冲击倾向性,同时含瓦斯煤体经过卸荷作用后冲击倾向性指标劣化程度高于原始煤试件,且随着瓦斯压力的增加,剩余弹性能指数降低程度越高。

润东煤矿3^(#)煤层及顶底板冲击倾向性研究

冲击地压事故是煤矿生产中的重大灾害事故之一,为了预防润东煤矿冲击地压事故,对润东矿井3^(#)煤层及顶底板岩层进行冲击地压危险性测试。根据冲击倾向性判别指标综合判定3^(#)煤层无冲击倾向性。根据3^(#)煤顶板和底板岩层的弯曲能量指数小于15 kJ,判定3^(#)煤顶底板无冲击倾向性。测试结果为润东矿井绿色高效安全生产提供技术保障。

煤样变形破坏峰值前后电磁辐射特征研究

对不同矿区7种类型的硬煤、软煤、混凝土等进行实内试验研究。试验结果表明,电磁辐射水平与煤岩所受的应力水平关系密切,不同煤岩破坏峰前阶段的电磁辐射随应力的增加而起伏增强,峰前阶段的电磁辐射在应力水平为80%～95%时最强;峰后阶段的电磁辐射在峰值强度后随着应力的降低呈上升趋势,峰后阶段的应力水平为60%左右时,电磁辐射达到最大值,之后随着应力的下降,电磁辐射逐渐下降。冲击倾向的电磁辐射指数是指煤岩变形破坏峰后电磁辐射指标与峰前电磁辐射指标的比值,可分为冲击倾向的电磁能量指数和电磁脉冲指数。电磁能量指数和电磁脉冲指数与现有的冲击倾向指标有很好的线性关系,即电磁辐射能量指数和脉冲指数越大,煤岩的冲击倾向就越强。冲击倾向的电磁辐射指数可用来评价煤岩的冲击倾向,并以此确定冲击倾向的电磁能量指数和电磁脉冲指数判断煤岩冲击倾向性的分级指标值。因此,冲击倾向的电磁辐射指数是电磁辐射预测煤岩冲击倾向性及冲击危险程度的重要指标。

组合煤岩冲击倾向性特性试验研究

煤层的冲击矿压危险性与煤岩体的结构特征关系非常密切.研究顶板-煤体-底板所构成的组合煤岩体试样变形破裂规律及冲击倾向性对于预测冲击矿压具有非常重要的实践意义.通过对组合煤岩的试验研究,得到组合煤岩试样中顶板强度越大,强度越强;组合煤岩试样的弹性模量随着煤样百分比的增加而减小.组合煤岩试样的冲击能指数随着顶板与煤样高度比值的增加而增加;冲击能指数随着煤样百分比的增加而降低;弹性能指数随着煤样百分比的增加而呈现增加的趋势.组合煤岩试样中顶板岩样厚度越厚,冲击倾向性相应就越强;组合煤岩试样中煤层厚度越大,则其弹性能指数就越大.

用剩余能量释放速度判定煤岩冲击倾向性

在实验测试的基础上,对现行冲击倾向性指标的特点及不足进行了分析,指出煤岩冲击倾向性是一个关于能量与时间的函数,提出了新的剩余能量释放速度指数,其物理意义是指煤岩破坏过程中单位时间内释放的剩余能量,从能量与时间的角度揭示了冲击倾向性,并给出计算公式.进而指出通过改变弹性能量指数测试时的加载方式为载荷控制,同时提高煤岩破坏时AB段的采样频率即可以得到计算剩余能量释放速度指数所需要的全部参数的测试方法,并针对冲击地压矿井进行了实验研究,初步归纳出了相应的判别指标.

岩爆的判别指标和分级标准及可拓综合判别方法

岩爆是岩体高地应力区的一种重要地质现象,是岩体山区地下工程建设中比较关注的重要工程地质问题之一。根据岩爆的发生机理,从内因和外因两个方面提出3个影响岩爆发生的核心因素:围岩二次应力的最大主应力与岩石抗压强度比、修改的岩爆倾向性指数和岩体完整性指数。对岩爆倾向性指数的计算方法进行修改,提出修改的岩爆倾向性指数,并将它和岩体完整性指数作为内因,将围岩二次应力的最大主应力与岩石抗压强度比作为外因,以这3个影响因素为判别指标,并确定了岩爆发生等级的判断标准。在此基础上采用可拓方法对岩爆及其发生等级进行综合判断,并运用已经完成的工程实例对该套方法进行验证,最后将其在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,得到较好的效果。

煤体冲击倾向性指标与煤体破裂电荷关系试验研究

为完善冲击地压灾害的预测判据,在单轴压缩条件下,通过试验研究煤体冲击倾向性指标K与煤体破裂产生的电荷之间的关系。结果表明,随着应力峰后电荷脉冲数减少或累积电荷量减少,K值增大,煤样冲击倾向性增强;随着应力峰后电荷变化率增大,K值增大;煤样K值越大表示相应工程地质煤岩体的临界塑性区深度与临界荷载越小,冲击地压发生的可能性越大;因此,可将应力峰后电荷特征相关参数作为煤体冲击倾向性强弱及冲击地压发生难易程度的初步判定依据。

煤岩组合体冲击倾向性的RFPA^(2D)数值模拟

通过对不同岩石组成的煤岩体在不同煤岩高度比例和不同组成倾角条件下的数值模拟,探讨不同因素对煤岩体冲击倾向性的影响。模拟结果表明,煤岩体中岩石强度越高,试样的强度随着岩石高度比例的增加增长得越快,组合试样的弹性模量也越高。煤岩体的冲击能量指数随着煤岩组合体间角度的增大而减小,并且随着倾角的增加,石灰岩煤组合体和粉砂岩煤组合体峰后塑性变形明显。

川藏铁路某超深埋隧道地应力特征及岩爆分析

研究目的:超深埋折多山隧道是川藏铁路雅康段控制性工程,隧址位于我国西部新构造运动活跃的"Y"字形构造带核心区域,其地应力特征及岩爆预测对铁路选线、设计和施工具有重要意义。本文通过地应力测试数据,数值模拟来分析折多山隧道隧址区及洞身的应力分布特征,明确最大主应力的方向,并利用岩石的单轴加卸、载应力-应变曲线计算其隧道围岩的岩爆倾向指数,分析发生岩爆的岩石力学指标,结合深孔钻探成果、岩石力学试验、水文试验成果来综合分析川藏铁路折多山隧道发生岩爆的强度。研究结论:(1)川藏铁路折多山隧道最大主应力为水平应力,方向为NEE向,实测地应力最大值为17 MPa,数值模拟洞身最大值可达到48 MPa;(2)通过岩爆倾向性指数试验分析可知,围岩具备发生中等~强烈岩爆的储能和释能条件;(3)通过综合分析可知,折多山隧道易发生中等~强烈岩爆;(4)该研究结论可为隧道设计提供依据,也可为邻近区域隧道围岩稳定性判断提供借鉴。

龙家堡2#煤层冲击倾向性试验研究

冲击地压以其突发性、破坏性严重威胁着煤矿的安全生产,及时预测对保障矿井安全生产非常重要。煤岩冲击倾向性研究是冲击地压预测预报及防范治理的基础。采用试验测得的冲击能量指数KE,弹性能量指数WET、动态破坏时间DT作为煤层冲击倾向性的分类指标。本文通过实验室测试龙家堡2#煤层各项指标,确定了其冲击倾向性等级,提出了合理建议。

关于组合煤岩试件冲击倾向性国家标准的讨论

冲击倾向性问题一直是冲击地压研究中的热点问题之一。国家推荐GB/T 25217.3—2019标准对煤岩组合试件冲击倾向性分级评价进行了规范,该标准于2020年开始实施。针对该标准的内容,采用文献回溯法,重点对中文文献中与此相关的文献进行汇总分析。调研认为:目前煤岩组合体冲击倾向性实验研究的数量相对较少,基于该标准所提出的剩余能量指数法评价煤岩组合体冲击倾向性尚不具备大量实验数据支撑条件,且该标准在试样采集、试件组合方式、剩余能量指数测定等方面还存在一些问题需要进一步深入研究,其关于冲击倾向性的分级标准有过于宽泛和不够精准之嫌。有鉴于此,认为该标准作为国家推荐标准投入实施的时机尚不成熟。

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。

新疆准东二矿分层开采巨厚煤层冲击危险性评价

针对新疆准东二矿B1煤层具有强冲击倾向性的特点,采用综合指数法对其冲击危险性进行了评价。结果表明,准东二矿B1煤层冲击地压危险指数范围均为0.25<W_(t)≤0.5,属于弱冲击危险。UDEC^(2D)数值模拟分析表明,一分区终采线距离两侧大巷不能少于70 m,以免采动应力和煤柱峰值应力叠加诱发冲击地压,且对于一分区三条煤层大巷掘进期间应加强顶板控制,监测到冲击危险时应及时进行卸压解危。研究对于新疆准东二矿冲击地压防控具有良好的指导作用。

巷道冲击地压软化区能量极值判别准则及试验研究

为了解决目前巷道冲击地压理论研究对于能量分析的不完善,对冲击地压危险性判别难以定量化的问题,基于弹塑性力学理论,建立了圆形巷道弹塑性软化力学模型,得到了圆形巷道发生冲击地压的围岩软化区能量解析解;提出了巷道冲击地压发生的软化区能量极值判别准则,给出了巷道冲击地压发生的临界软化区能量、临界软化区半径、临界巷道收缩位移及临界巷道收缩率;提出了冲击倾向性能量指数.通过室内相似模拟试验对理论结果进行了验证,试验所得临界巷道收缩率、临界软化区能量的值与理论解析解吻合,变形模量指数变化趋势及巷道破坏情况与理论推导得到的规律一致.结果表明:巷道冲击地压发生存在临界软化区能量、临界软化区半径、临界巷道收缩位移及临界巷道收缩率;变形模量指数越大,冲击倾向性能量指数越小,临界软化区能量越小,越容易发生冲击地压;通过降低变形模量指数来提高冲击倾向性能量指数是防治冲击地压的必要前提.

声发射监测评价冲击地压危险状态的机制及应用研究

为了研究声发射监测技术在冲击地压危险状态评价和预警应用中的可行性,理论分析了声发射活动与煤岩损伤的关系,基于实验室测试验证了声发射指标与煤层冲击倾向性的相关性,并将研究成果应用到了现场实践。研究结果表明:声发射活动能够直接反映煤岩材料的损伤程度,声发射事件的峰值能量与煤层冲击倾向性呈正相关关系,一定程度上揭示了煤岩发生冲击破坏的能力,是评价冲击地压危险状态的基础。基于发震概率与报准率的衡量标准,现场应用声发射敏感指标地音异常系数对冲击危险状态给出了评价和预测,确定了潜在冲击危险区域和危险状态,有利于指导现场提前采取措施,降低冲击危险。