顶板岩层诱发冲击的冲能原理及其应用研究  

Study of the Burst-Energy Principle of Rock Burst Induced by Roof Stratum and Its Application

作　　者：牟宗龙[1] 

机构地区：[1]中国矿业大学矿业工程学院,煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州221116

出　　处：《中国矿业大学学报》2009年第1期149-150,共2页Journal of China University of Mining & Technology

基　　金：“十一五”国家支撑计划项目(2006BAK04B02);中国矿业大学科技基金(青年)项目(2007A004)

摘　　要：针对顶板岩层对煤体冲击的影响作用机理,采用实验室物理模拟试验、UDEC 4.0离散元数值模拟试验、理论分析和工程实践验证这4种方法进行了研究,提出了煤岩冲击破坏和顶板岩层诱发冲击的冲能原理以及冲击破坏判别准则,并在工程实践中进行了应用和验证.根据煤岩冲击破坏动能试验和煤岩破坏的应力-应变曲线能量演化规律分析结果,具有冲击倾向性的煤岩样在载荷作用下破坏时将产生强烈震动和脆性冲击型破坏,破碎的煤块具有一定的初始动能并以一定的初速度脱离煤体,把这些煤岩样冲击破坏时碎块冲出的动能定义为该煤岩样的冲能,即冲出的能量,从而建立了煤岩冲击破坏的"冲能原理"和"冲能判别准则".通过岩板断裂震动物理模拟试验和数值模拟试验研究,得到顶板断裂过程中可产生强烈震动冲击载荷、致使煤岩破坏时的冲能、冲击危险性升高的研究结果;顶板断裂震动持续时间与顶板厚度呈线性关系,对煤体的震动损伤与顶板厚度呈乘幂关系,从极限悬顶长度的一半开始,煤体的冲击危险性显著升高,顶板岩层释放的能量与岩层强度呈对数关系;岩层运动产生的动能和释放的总能量分别与顶板厚度呈指数和乘幂关系.将顶板岩层诱发冲击矿压的机理分为处于稳定态岩层的"稳态诱冲机理"和处于运动态岩层的"动态诱冲机理"2种类型,岩层的"稳态诱冲机理"是指当顶板岩层不发生大规模破断或滑移垮落时,由岩层内部储存的弹性能的突然释放而导致的煤体冲击机理,稳态诱冲机理研究确定了影响煤岩破坏的2个重要初始参量———煤体的应力基数P0和能量基数U0,应力基数决定了破坏的条件,能量基数决定了破坏时释放能量的大小."动态诱冲机理"是指由顶板岩层发生大规模破断或滑移垮落产生的强烈震动和释放的大量冲击能等动载荷导致的煤体冲击破�Aiming at the influence effects of roof stratum on rock burst, the research methods of physical simulation experiment in laboratory, UDEC 4.0 divergence numerical simulation, theory analysis and engineering research have been carried out in the study process, which has presented the burst-energy principle, burst-energy judgment rule of burst failure and the burst-energy principle of rock burst induced by roof stratum. The research results have been applied in engineering practice and improved effective.

关 键 词：采矿工程 冲击矿压 顶板岩层 冲能原理 震动 诱冲关键层 工程实践 

分 类 号：TD327.2[矿业工程—矿井建设] U472[机械工程—车辆工程]