多级围压变应力下限循环加卸载煤体冲击倾向性特征研究

围压作用下煤体冲击倾向性研究对于探明地下深部矿井中煤体冲击地压形成机理起着关键作用。为了探究不同围压作用对煤体冲击倾向性的影响,对煤体进行了多级围压下不同应力下限循环加卸载。结果表明:在3、6、9 MPa围压环境下变应力下限循环加卸载作用后煤试件抗压强度分别增加了3.1%、4.7%、6.2%,最后一级循环加卸载过程中轴向应变分别增加了0.61%、0.42%、0.28%,体积应变分别增长了0.32%、0.24%、0.17%,表明煤体受到的围压越大对煤体变形约束越强;随着围压的提高,声发射事件累积数量逐渐降低,峰后声发射累积数量不断降低,累积能量同样逐步降低,表明随着围压的升高,煤试件变得更加致密,破坏形式逐渐由脆性破坏过渡到韧性破坏;经过3、6、9 MPa围压作用,输入能Uinn与弹性应变能Uen不断升高,较之常压条件下煤试件剩余弹性能指数CEF分别提高了21.76%、42.92%、71.69%,说明围压对煤体冲击倾向性具有增强作用,且剩余弹性能指数CEF与围压σ3具有线性函数关系。

冲击倾向性与煤体细观结构特征的相关规律

以开滦矿区典型冲击地压矿井——赵各庄矿——不同冲击倾向性煤层煤体为研究对象,通过X射线衍射、光学电子显微镜等一系列细观试验,分析了该矿7,9,12号煤层煤体的细观结构特征,并与忻州窑矿11号煤层煤样细观结构特征进行对比.基于煤体微结构参数定量地研究了煤体冲击倾向性的强弱,得到了煤层内细观结构参数、有机组分分布等因素与冲击倾向性的关系.结果表明:在相同应力、地质条件下,忻州窑矿11号煤更易发生冲击地压;显微硬度和显微脆度均较大的煤体较易发生冲击;镜质组最大反射率与最小反射率之差越小,冲击倾向性越小;显微组分分布简单且原生损伤越小的情况下,冲击倾向性越小.

防冲吸能锚杆(索)的静动态力学特性与现场试验研究

针对冲击危险巷道锚杆支护结构破坏特征及冲击载荷对锚杆–围岩支护系统的特殊要求,设计研发了新型防冲吸能锚杆(索)。基于塑性弯曲理论分析了吸能锚杆(索)的吸能原理,利用自主设计的静–动加载试验系统,进行吸能锚杆(索)的静力拉伸试验与冲击拉伸试验。结果表明:吸能锚杆(索)在拉伸过程中六角管衬里被挤压变形,同时给摩擦圆柱提供滑移阻力,六角管的管壁厚度、套筒内径及摩擦圆柱直径三者的装配参数对吸能阻力具有重要影响;无论是静力拉伸还是冲击拉伸,吸能锚杆(索)的轴力–位移曲线均存在轴力初始增长、轴力平稳和轴力突增—平稳3个阶段;在轴力平稳阶段内锚杆杆体基本处于弹性状态,摩擦滑移结束后,锚杆杆体开始受力屈服;吸能结构在吸收能量的同时很好的延迟或减缓了锚杆杆体受力屈服。与普通锚杆相比,吸能锚杆(索)具有良好的"自保护性"与"冲击适应性"。现场试验表明,吸能锚杆(索)能够有效削弱冲击能对巷道围岩的作用。