煤体粘滑冲击的发生条件及动力学分析

为进一步研究冲击地压发生的机理,以煤体冲击作为研究对象,以粘滑导致冲击为切入点,运用弹性力学及弹性动力学理论,建立了煤体相对顶底板发生粘滑力学模型,根据此力学模型,研究了煤体粘滑发生的条件,建立了粘滑发生后煤体的动力学方程。合理假定边界条件,采用试探法得到了动力学方程的解析解。应用动力学方程的解析解分析了粘滑发生后弹性区煤体的破坏条件及煤体冲击发生的条件。

裂纹闭合对高压空气爆破冲击煤体瓦斯抽采效果影响

鉴于高压空气爆破冲击煤体过程中裂纹闭合对瓦斯抽采效果的影响,基于能量和弹性理论,对裂纹闭合的长度进行分析计算,得到了闭合区域位置在距离爆破孔3.8 m。通过在丁集煤矿进行井下现场试验,结果表明:裂纹的闭合对该区域的瓦斯抽采影响表现为闭合区域瓦斯的涌出量增幅变小;在距离爆破孔1.0~4.0 m的区域内,随着距离爆破孔距离的增加观测孔瓦斯的涌出量增幅先增大后减小;在距离爆破孔1.8~2.5 m的区域内,瓦斯涌出量增幅最大;在距离爆破孔4.0 m区域,瓦斯涌出量增幅最小,接近裂纹闭合区域。理论计算和现场试验具有良好的一致性。

冲击煤体扩容特性的实验研究

对硬煤、软煤和中硬煤的试样进行了强度、破坏过程和破坏类型的试验,分析了冲击煤体的破坏特征,重点研究煤体由加载到破坏全过程的扩容演化规律。研究结果表明,不同强度的冲击煤体均出现扩容现象,冲击煤体的扩容呈现为稳定与非稳定变化的特征,冲击煤体的扩容具有突变特征。

冲击倾向性煤体强度尺寸效应的影响因素研究

为理清煤体强度尺寸效应数值模拟过程中力学参数折减的原因,以强度尺寸效应作为问题切入点,通过实验室试验探讨强冲击倾向性煤体强度尺寸效应,结合最弱链理论的Weibull分布推导强度尺寸效应的理论公式,利用数值模拟研究强度尺寸效应的影响因素。研究结果表明:冲击倾向性煤体强度具有明显的尺寸效应,随着尺寸(长、宽、高)增大,强度降低,两者符合指数函数关系;概率统计分布能够表达出强度尺寸效应内在本质,指出均质度m是煤岩体强度尺寸效应的主要影响因素;数值模拟结果显示:在尺寸一定时,随着均质度增大,煤岩强度表现为上凸的增长曲线,按照强度大小变化可划分为3个阶段,即波动上升阶段、快速增长阶段、渐缓增长阶段;随着均质度增大,强度趋于收敛,极限值即为煤岩体细观尺寸强度;随着均质度增大,尺寸变化对强度的影响程度降低。

煤体压缩型冲击地压分析

主要针对煤体压缩型冲击地压进行阐述,以具体实例分析了煤体压缩型冲击地压产生的危害性和原因,从理论和数值模拟两方面分别对煤体压缩型冲击地压产生的机理和危险区域进行说明,所得结论可为煤体压缩型冲击地压的预测和防治提供参考。

加载速率影响的煤体破裂过程声-电荷试验研究

为建立加载速率影响下煤体不同失稳形式的声发射-电荷判据,以阜新五龙矿某工作面为研究对象,采用物理试验研究方法,开展了不同加载速率下煤体破裂过程声-电荷监测试验,深入研究了加载速率影响的煤体力学性质、破裂规律和煤体破裂过程能量耗散与声发射-电荷信号的对应关系。研究结果表明:加载速率越高,应力调整越提前,煤样单轴抗压强度增加,累积变形能耗散加剧,煤体失稳形式由静载失稳过渡到类动载扰动失稳,煤体失稳破坏的动力特征明显,压缩型冲击地压动力灾害发生几率增大;不同加载速率下煤岩破裂过程产生的声-电荷信号变化与煤岩受载的应力突变具有较好的一致性;对所用煤样的声发射-电荷信号进行量化分析,初步提出了判定煤体失稳形式的声-电荷复合判定依据,在不同矿区、不同工作面上,可依据监测获得的声-电荷现场数据辅以采动应力场的变化情况,对采动过速诱发的煤体压缩型冲击地压的发生几率进行预测和预警。

悬顶结构下软底板采场冲击地压成因与防控研究

针对软底板的地质条件,在分析采场应力分布特点的基础上,建立了煤层聚能结构和顶板悬臂结构的力学模型。通过对软底板煤层和悬顶附加能量源的力学机制和能量演化过程的分析,得出了软底板破坏诱导强冲击倾向性煤体释放能量是发生冲击地压的根本原因,悬顶结构是加剧冲击地压强度的重要因素,并总结了软底板条件下冲击地压显现特征。根据该条件下的冲击显现特征,从底板帮部卸压、加强围岩稳固性和悬顶结构处理等方面,采取了围岩卸压配合巷道支护的冲击地压防治措施,取得了显著的冲击地压防治效果,保证了安全开采。

瓦斯压力在突出中作用的数值模拟研究

本文详细论述了冲击地压与突出的特征,并深刻地研究了二者的统一机制,进而提出了突击的数学模型:失稳判据与控制方程。并给出了失稳理论的数值分析方法,提出了孔隙压初应力分析法与失稳判断的单位载荷法及FEM程序框图。基于以上工作,选择了15个数值试验方案,研究了煤体冲击倾向,孔隙瓦斯压及围岩应力对突出的影响。

Study on the formation mechanism of shock wave in process of coal and gas outburst

According to the research results of motion parameters of coal-gas flow,analyzedthe formation mechanism of shock waves at different states of coal-gas flow in theprocess of coal and gas outburst,and briefly described the two possible cases of outburstshock wave formation and their formation conditions in the process of coal and gas out-burst,and then pointed out that a high degree of under-expanded coal-gas flow was themain reason for the formation of a highly destructive shock wave.The research resultsimproved the shock wave theory in coal and gas outburst.