煤巖體破壞機(jī)理與沖擊傾向性研究.pdf

1、隨著淺部煤礦資源的開采逐漸枯竭，煤礦開采深度的持續(xù)增加，隨之而來的災(zāi)害問題越來越嚴(yán)重。尤為代表的是深部煤礦的大量開采過程中，在礦井的巷道中預(yù)留的各種煤柱，這些煤柱的功能是對(duì)巷道起到支撐。如果煤柱的穩(wěn)定性受到影響，那么造成的災(zāi)難將難以想象。煤柱主要是由煤體和巖體兩部分組成，二者結(jié)合后的力學(xué)特性會(huì)影響到煤柱的整體穩(wěn)定性。煤礦沖擊礦壓事故發(fā)生頻率越來越高，嚴(yán)重威脅了我國(guó)煤礦生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。從本質(zhì)上來講，巖爆的發(fā)生必須滿足三個(gè)要素:強(qiáng)度條件（煤

2、巖體所受應(yīng)力超過其自身強(qiáng)度，煤巖體發(fā)生破壞），能量條件（煤巖體有積聚和突然釋放能量的能力），煤巖體本身含有沖擊傾向特性（當(dāng)受外部荷載作用下，煤巖體具有脆性破壞的能力）。沖擊傾向性是一個(gè)充分條件，沒有煤巖體的突然破壞，沖擊礦壓現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生。但是因?yàn)槊簬r體具有不同于單體巖石的力學(xué)特性，因此將煤與巖石作為一個(gè)組合體來進(jìn)行研究對(duì)于預(yù)測(cè)和防治沖擊礦壓具有重要作用。
　　本文使用RFPA對(duì)不同傾角、不同組合方式、不同圍壓煤巖體的沖擊失穩(wěn)破壞

3、進(jìn)行模擬:采用單軸和三軸載荷作用下，對(duì)不同傾角界面模型的強(qiáng)度與聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行分析，以探索不同煤巖傾角與圍壓相互作用下對(duì)沖擊破壞的影響;選用不同組合條件下單軸和三軸載荷作用下的煤巖體，對(duì)煤巖體的破壞機(jī)制進(jìn)行分析，并利用計(jì)算結(jié)果中的沖擊能量指數(shù)和聲發(fā)射能量釋放特點(diǎn)對(duì)沖擊傾向性進(jìn)行深入研究。研究得到的結(jié)果表明:
　　(1)在巖層厚度和圍壓對(duì)煤巖整體穩(wěn)定性的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著巖層厚度與圍壓值的增加，組合體峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度升高，聲發(fā)射的能量

4、峰值提高，煤巖體的脆性破壞與沖擊傾向性增強(qiáng)。
　　(2)基于數(shù)值模擬分析得到的結(jié)果，煤巖體的破壞主要發(fā)生在煤體內(nèi)部，單軸壓縮下以剪切破壞為主，裂紋形狀為V型;常規(guī)三軸壓縮下以剪切破壞和擠壓破碎為主，裂紋形狀主要為M型。
　　(3)圍壓的提高降低了煤巖體的脆性破壞程度，頂板-煤體和頂板-煤體-底板的抗壓強(qiáng)度逐漸趨近，說明圍壓對(duì)強(qiáng)度的影響程度超過了組合方式。
　　(4)由沖擊能量指數(shù)和聲發(fā)射演化規(guī)律可知，相同圍壓下頂板-煤

5、體的沖擊傾向性比頂板-煤體-底板的沖擊傾向性更強(qiáng)。
　　(5)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)煤巖體的聲發(fā)射能量特性與抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，傾角越大，沖擊破壞的危險(xiǎn)性越低，界面滑移破壞的危險(xiǎn)性越高。
　　(6)通過分別模擬傾角與圍壓對(duì)煤巖體變形破壞時(shí)強(qiáng)度的影響，得到:煤巖體傾角越小、圍壓越大，煤巖體的抗壓強(qiáng)度越大。相同圍壓下，傾角越大，煤巖體抗壓強(qiáng)度降低的速率越快，煤巖體在高地應(yīng)力大傾角下抗壓強(qiáng)度大小主要由圍壓來決定。
　　(7)在