煤巖體破壞機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，隨之而來的災害問題越來越嚴重。尤為代表的是深部煤礦的大量開采過程中，在礦井的巷道中預留的各種煤柱，這些煤柱的功能是對巷道起到支撐。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)合后的力學特性會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，嚴重威脅了我國煤礦生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。從本質(zhì)上來講，巖爆的發(fā)生必須滿足三個要素:強度條件（煤

2、巖體所受應力超過其自身強度，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）。沖擊傾向性是一個充分條件，沒有煤巖體的突然破壞，沖擊礦壓現(xiàn)象就不會發(fā)生。但是因為煤巖體具有不同于單體巖石的力學特性，因此將煤與巖石作為一個組合體來進行研究對于預測和防治沖擊礦壓具有重要作用。
　　本文使用RFPA對不同傾角、不同組合方式、不同圍壓煤巖體的沖擊失穩(wěn)破壞

3、進行模擬:采用單軸和三軸載荷作用下，對不同傾角界面模型的強度與聲發(fā)射現(xiàn)象進行分析，以探索不同煤巖傾角與圍壓相互作用下對沖擊破壞的影響;選用不同組合條件下單軸和三軸載荷作用下的煤巖體，對煤巖體的破壞機制進行分析，并利用計算結(jié)果中的沖擊能量指數(shù)和聲發(fā)射能量釋放特點對沖擊傾向性進行深入研究。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，組合體峰值強度與殘余強度升高，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。
　　(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-底板的抗壓強度逐漸趨近，說明圍壓對強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。
　　(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度呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律，傾角越大，沖擊破壞的危險性越低，界面滑移破壞的危險性越高。
　　(6)通過分別模擬傾角與圍壓對煤巖體變形破壞時強度的影響，得到:煤巖體傾角越小、圍壓越大，煤巖體的抗壓強度越大。相同圍壓下，傾角越大，煤巖體抗壓強度降低的速率越快，煤巖體在高地應力大傾角下抗壓強度大小主要由圍壓來決定。
　　(7)在