冲击矿压巷道围岩控制的强弱强结构力学模型及其应用分析.pdfVIP

2013年第 1期 煤矿支护 1 石 家 庄 中 煤 杯 参 评 论 文 冲击矿压巷道围岩控制的强弱强结构力学模型及其应用分析 高明仕 窦林名 卢全体 陈 曦 赵一超 [中国矿业大学 矿业_T-程学院深部煤炭资源开采教育部重点实验室，江苏 徐州 2211i6] 摘 要 冲击矿压 (岩爆)对矿 山安全开采造成 了极大 的危害，通常会 瞬间造成巷 道的垮塌、冒落甚至闭合堵塞。论文根据巷道冲击震动破坏 的原 因和机理 ，建立 了 冲击矿压巷道 围岩稳定性控制 的强弱强 (3S)结构力学模型，分析 了该力学模型 防冲抗震机理，在结构 自身强度、应力转移和吸收、变形及能量耗散等方面分别表 现出不同的强、弱、强特征 ，并推导得到了巷道支护体 内强小结构发生冲击震动破 坏的应力判据和能量准则。最后 ，对该模型在工程 中的应用做 了理论分析 ，提 出要 通过减小外界震源载荷、合理设置弱结构 、提高支护强度等措施来防范巷道冲击矿 压动力灾害。 关键词 采矿工程 冲击矿压 巷道 围岩控制 强弱强 (3S)力学模型 应用分析 型模拟了冲击地压系统的粘滑特性和冲击地 刖 菁 压系统的动力失稳过程；文献 采用应变损 伤模型对圆形洞室矿震的发生进行 了解析分 冲击矿压 (岩爆)对矿山安全开采造成 析 ，得到了发生矿震 的洞室临界塑性区深度 了极大的危害 ，通常会瞬间造成巷道 冒落垮 和临界作用力。这些研究都是针对巷道发生 塌甚至闭合堵塞l1 。我国煤炭资源开采逐 冲击矿压的震源机理而建立的，未对破坏机 渐转 向深部 ，冲击矿压发生的频次和烈度随 理进行解释，而且在模型中未充分考虑冲击 采深增加而显著增大，冲击矿压 (岩爆)巷 震动波与煤岩介质的相互作用 ，与实际情况 道围岩稳定性控制 已成为我 国矿产资源开采 有一定距离 。 过程 中一个急需解决的难题 。针对巷道冲击 矿压 的震源机理 ，有学者进行了相关研究并 1 巷道冲击震动破坏机理 取得 了一定进展。文献 建立了煤层平巷冲 击矿压的断裂损伤力学模型，分析了巷道煤 开挖造成巷道周围岩体应力重新调整分 壁中预存裂纹尖端产生翼型张裂纹形成薄煤 配 ，局部围岩因应力集中受到一定程度的损 层壳，薄煤层壳屈曲变形压裂失稳形成冲击 伤破坏 ，若围岩结构还没有被破坏 ，巷道仍 矿压；文献 建立 了煤层巷道片帮型冲击矿 可以维持一定的稳定性。当存在某种外界震 压的层裂板屈曲模型 ，认为冲击矿压是煤壁 源时，如果从震源传播而来 的冲击应力波与 形成的层裂板结构区的局部压屈 ；文献__7建 原位应力场叠加后的应力强度大于巷道围岩 立 了煤岩混凝土冲击破坏的弹塑脆性模型 ， 体的极限承载强度 ，岩体平衡状态被打破 ， 较好地解释了冲击矿压的发生 、载荷的突变 巷道围岩将瞬问破坏或经应力波反复拉压累 对煤岩体破坏的影响、煤岩体从流变到突变 积损伤而破坏。另一种情况是 ，在岩体 自重 的破坏特征 ；文献 j采用双状态变量本构模 和构造应力作用下巷道 围岩应力场 已很 高 2 煤矿支护 2013年第 i期 (处于或接近极限状态)，外界震动