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煤及组合煤岩动态破坏特性的研究 冲击地压室：刘少虹 博士 天地科技股份有限公司开采设计事业部 采矿技术研究所 国家重点基础研究发展计划（973）项目(2010CB226806)资助 十二五科技支撑项目(2012BAK09B01)资助 提纲 3.煤及组合煤岩动态破坏特性研究的应用 2.煤及组合煤岩动态破坏特性的研究 1.煤及组合煤岩动态破坏特性的研究背景 2 提纲 3.煤及组合煤岩动态破坏特性研究的应用 2.煤及组合煤岩动态破坏特性的研究 1.煤及组合煤岩动态破坏特性的研究背景 3 研究背景 中国是世界上冲击地压灾害最严重的国家之一 目前我国冲击地压矿井已达到142个 4 研究背景 5 图1 部分矿井首次冲击地压的采深/m 500m 与通常意义上认为的冲击地压只发生在大于500m的深部煤层相矛盾的。事实上，即使在浅部煤层，当受到动载扰动时，也可能发生冲击地压。 研究背景 6 500m以上，古山煤矿动载扰动下的冲击地压事故 500m以下，千秋煤矿静载作用下冲击地压事故 研究背景 7 阜新五龙矿 平庄古山矿 静载作用下的冲击地压大多发生在应力集中区域 但动载扰动下的冲击地压可发生在应力降低区 研究背景 8 根本区别：应力变化的时间尺度 研究背景 9 研究背景 10 ① ③ ② 汇报的内容 11 动静载对组合煤岩 破坏特性的影响 动静载对应力波传 播机制和能量耗散影响 动静载对煤的 破坏特性的影响 煤及组合煤岩 动态破坏特性研究的应用 提纲 3.煤及组合煤岩动态破坏特性研究的应用 2.煤及组合煤岩动态破坏特性的研究 1.煤及组合煤岩动态破坏特性的研究背景 12 13 动静载荷对煤的破坏特性影响的实验分析 实验设备 14 气缸 压力舱 冲头 挡板 入射杆 应变片 试样 透射杆 金属架 围压加载器 轴压加载器 示波器 动载是如何产生的呢？ 实验设备 15 实验材料 16 30mm 50mm (a) (b) (c) (d) 试样 物理力学性质 单轴抗压强度(MPa) 煤1 取自新疆宽沟煤矿，埋深316m的块状煤体。沥青光泽，阶梯状断口，含少许层状夹矸。属于半亮型煤，坚硬。 28.83 煤2 取自山东华丰煤矿，埋深750m的块状煤体。颜色灰黑，密度较小，贝壳状断口。属于亮煤，较脆，易碎，内生裂隙发育。 21.16 实验材料 17 拍摄结果 18 实验设备 19 数据处理 20 R mR 碎片分维的计算 实验指标 21 因素水平表 22 (a) 煤1 (b) 煤2 水平 动载荷/MPa 静载荷/MPa 1 120 0 2 190 2.9 3 240 14.4 4 290 21.6 水平 动载荷/MPa 静载荷/MPa 1 120 0 2 190 2.1 3 240 10.5 4 290 15.9 实验号 动载/MPa 静载荷/MPa 1 120 14.4 2 190 14.4 3 240 14.4 4 290 14.4 5 190 0 6 190 2.9 7 190 21.6 实验号 动载/MPa 静载荷/MPa 1 120 10.5 2 190 10.5 3 240 10.5 4 290 10.5 5 120 0 6 120 2.1 7 120 15.9 每种情况做3个试样对结果取算术平均值，煤1、煤2各自的实验次数为21次 结果分析 23 分维随动载的变化规律 存在一个最优动载值使得动静加载下煤的碎片达到最小 煤层卸压爆破存在一个最优药量使得爆破效果达到最好，煤质不同这个最优药量也不相同 成果体现：刘少虹, 李凤明等. 动静加载下煤的破坏特性及机理的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报 结果分析 24 强度随静载的变化规律 煤作为多裂隙岩石，与均质致密岩石在动静加载下的力学特性是存在差异的。 在高静载下煤的强度逐渐降低，这解释了为什么深部矿井比浅部矿井更容易发生冲击地压。 46% 46% 结果分析 25 冲击倾向性随动载的变化规律 动静加载下煤的强度比静载下的有所提高，而动态破坏时间比静载下的有所减小，表明在动静加载下煤的冲击倾向性比静载下的有所增强，静载下弱冲击的煤在动静加载也能发生冲击 动静加载下煤的冲击倾向性随着动载的增大而增强 结果分析 26 动静加载下弱冲击倾向性煤样依然破坏的非常剧烈。 将动静载荷下的强度可以作为动载抵抗指数，评价煤抵抗动静载荷的能力。 将煤的碎片分维值作为动载冲击能量指数，评价发生动载冲击破坏时的剧烈程度。 27 动静载荷对组合煤岩的破坏特性影响的实验分析 试样 物理力学性质 单轴抗压强度(MPa) 煤1 取自新疆宽沟煤矿，埋深316m的块状煤体。沥青光泽，阶梯状断口，含少许层状夹矸。属于半亮型煤，坚硬，裂隙垂直发育。 28.8 煤2 取自山东华丰煤矿，埋深750m的块状煤体。颜色灰黑，密度较小，贝壳