巷道失稳的能量积聚及耗散机制及冲击矿压预测方法研究

The frequency and harmfulness of rockburst become more serious with the depth of mine expanding, which needed to be solved as an important technology problem for domestic mining.It is closely related between rockburst in occurrence and coal rock body energy accumulation ,and disturbingly load is an important factor to induce.Therefor to study the process and character of the energy accumulation can effectively predict and prevent from pounding at disaster occurrence, in order to reply measure in time.The topic passes to study a design double by oneself to add to carry device, match with American MTS815.02 an electricity a liquid servo rock mechanics to experiment system, study a different rock, dissimilarity to descend the drill of rock amount of scraps in response to the dint appearance, get rock of drill amount of scraps and distribute in response to the dint, energy of relation, and build up critical drill the relation between amount of scraps and energy density, get rock to lose steady critical energy density factor;Combine the application number imitate of the method analytical tunnel round rock energy to accumulate to gather a characteristic, the establishment rounds the energy density factor that the rock loses a steady risk to judge according to. The study findings would provide important theoretical foundation for the mechanism of rockbusrt, forecasting methods and the control technology research.

随着煤矿开采不断向深部延伸，冲击矿压事故的频度及其危害性愈发严重，已成为我国矿山亟待解决的重大技术难题。冲击矿压的发生与煤岩体中局部能量积聚密切相关，而扰动载荷是诱发冲击矿压的重要因素，因此，研究扰动条件下处于高应力状态岩体的能量积聚过程及其积聚的特征，可有效预测与防止冲击灾害发生，以便及时采取应对措施。课题通过自行研究设计双向加载装置，配合美国MTS815.02电液伺服岩石力学试验系统，研究不同岩性、不同应力状态下岩石的钻屑量，得到岩石的钻屑量与应力、能量分布的关系，并建立临界钻屑量与能量密度的关系，得到岩石失稳的临界能量密度因子；揭示巷道围岩的能量积聚特征：能量积聚区的能量密度空间分布特征；平均能量分布密度、能量积聚区关于巷道边界距离等量的变化规律。引入平均能量密度因子 ，建立冲击矿压危险性的平均能量密度因子判据。研究成果可为冲击矿压的预测预报及防治提供理论依据。

本论文围绕煤矿巷道冲击矿压的发生机理及防治技术，综合应用物理模拟试验、理论分析和数值模拟等方法与手段对煤矿巷道围岩的失稳机制及冲击矿压发生机理进行了系统研究，取得了如下主要创新成果：.（1）基于巷道围岩变形及破坏特征，建立了巷道煤帮层裂板结构的力学模型；应用弹性稳定理论、非线性突变理论等研究了煤帮层裂结构的稳定性特征及突变失稳机制，得到了煤壁层裂结构的形成及屈曲失稳的规律，研究了动力扰动对巷道层裂结构稳定性影响，建立了巷帮层裂板结构稳定性分析的动力学控制方程，给出了层裂板结构的动力不稳定区域特征，得到了扰动频率、扰动载荷幅值等对动力不稳定区域的影响规律，揭示了巷道围岩冲击矿压的诱发机理。.（2）应用数值模拟方法及相关软件FLAC3D，系统研究了巷道围岩的稳定性特征。给出了巷道围岩应力、变形、塑性破坏区域分布等随巷道埋深、围岩岩性、交岔巷道夹角、动力扰动等因素的变化规律，提出了巷道围岩能量积聚区的概念及确定方法。揭示了巷道围岩的能量积聚特征：能量积聚区的能量密度空间分布特征；平均能量分布密度、能量积聚区关于巷道边界的距离等量的变化规律。引入了平均能量密度因子 ，建立了冲击矿压危险性的平均能量密度因子判据。.（3）自行设计研制了用于模拟煤壁层裂屈曲失稳试验的加载装置，配合美国MTS815.02电液伺服岩石力学试验系统，成功地测定了巷道煤壁层裂结构的形成及失稳破坏规律，初步揭示了巷帮岩体内裂隙发育、扩展、层裂板结构形成的力学机理。.（4）利用自制的双向加压试验台对相似模型的进行了钻进试验，分析了各个应力条件下钻屑量随钻进深度的分布规律。运用动力学数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA分析了不同应力状态下的岩石钻进过程进行了数值模拟分析，得到了钻屑量随围压与侧压系数的变化规律，并把钻屑量与岩体发生冲击矿压危险性的能量密度因子建立关系。.研究成果可为煤矿冲击矿压机理、预测预报方法及防治技术研究提供重要的理论依据。