动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制及控制技术
动载扰动巷道再现冲击地压模拟试验研究
动载扰动巷道再现冲击地压模拟试验研究杨磊;高富强;卢志国;娄金福;王晓卿【期刊名称】《采矿与岩层控制工程学报》【年(卷),期】2024(6)3【摘要】为解决巷道冲击地压模拟试验难以再现的问题,研发了一套简便的动载扰动巷道冲击地压模拟试验系统和相应的低强度类煤岩模拟材料,并开展了验证性试验。
试验结果表明:系统成功在实验室再现冲击地压,且操作简单便捷,动静载施加灵活,模型材料满足需求;借助多源信息监测系统,实现了动载扰动下巷道冲击地压的全过程模拟与监测。
研发的低强度类煤岩材料,以模型石膏粉、GRG石膏粉、水解树脂与水为主要原料,强度控制在6~9 MPa,制样与试验周期缩短至21 d。
静态加载过程中的围岩应变与声发射信号互相吻合,能够反映模型试样经历的压密、弹性变形与微破裂发展等阶段;动载扰动对巷道围岩的变形破坏影响存在方向性,顶板的变形响应最为显著,在巷道周向产生较大的应变振荡与塑性弯曲变形,但冲击显现主要发生在巷道两帮,两次动载扰动在巷道同一区域均成功诱发了巷道的冲击地压现象,且第2次动载扰动引发的冲击显现程度趋于强烈,揭示了动载扰动对冲击发生的影响作用。
研究结果表明该试验系统与模型材料稳定可靠,能够较好地模拟动载扰动下巷道的冲击失稳过程,可为研究巷道动静载组合致冲机理、动载扰动巷道的支护防控机制等提供参考。
【总页数】10页(P53-62)【作者】杨磊;高富强;卢志国;娄金福;王晓卿【作者单位】中煤科工开采研究院有限公司;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室;中国矿业大学(北京)能源与矿业学院【正文语种】中文【中图分类】TD324【相关文献】1.动载诱发冲击地压巷道围岩应力计算与试验分析2.冲击地压巷道锚杆支护金属网静载和动载力学性能试验研究3.煤矿动载冲击地压巷道围岩联合控制技术4.基于离散元的动载冲击地压巷道围岩稳定性分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
我国煤矿冲击地压的研究现状：机制、预警与控制
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.34 No.11 Nov.，2015
陈宗基讲座
我国煤矿冲击地压的研究现状： 机制、预警与控制
姜耀东 1 2，赵毅鑫 1
， ，3
[2-3]
2
冲击地压机制研究
2.1 煤矿工程特点与冲击地压分类 冲击地压、岩爆与矿震[7-8]是地下工程和采矿工 程领域常见的岩石动力破坏现象，由于行业背景的 差异，在我国水电交通隧道等行业将这种现象称之 为岩爆，而在煤矿和冶金等采矿行业称之为冲击地 压或矿震。 应当指出，采矿行业的井巷工程和水电交通行 业的隧道等地下工程由于工程性质的不同，对围岩 稳定性的控制措施的要求是存在差异的。隧道等地 下工程是百年大计，这些工程在完成后是不能容许
(1. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083；2. 中国矿业大学 力学与建筑 工程学院，北京 100083；3. 中国矿业大学 资源与安全工程学院，北京 100083)
摘要：从机制研究、预警技术和防治方法 3 个方面出发，概述我国冲击地压研究现状。从地质赋存条件与冲击地 压相互作用机制、采动应力和能量场时空演化规律与致灾机制、覆岩空间结构与冲击突出触发机制等方面阐述近 年来我国冲击地压机制研究的热点问题及相关成果；介绍冲击地压监测预警系统的主要技术体系，包括“震动场– 应力动态”一体化监测预警系统、冲击危险预测与监测预警体系、ZOS 矿用分布式微震监测系统、无线冲击地压 实时监测预警系统和冲击地压电荷监测技术；探讨快速让位吸能防冲支护技术、新型恒阻大变形锚杆(索)支护技术、 基于应力控制的冲击地压区域防范技术体系对冲击地压的防治作用及其在大同、义马等矿区的应用情况。 关键词：采矿工程；冲击地压；机制；监测预警；防治 中图分类号：TD 32 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2015)11–2188–17
冲击载荷下动压巷道坚硬顶板动态力学特性及其破坏机理研究
冲击载荷下动压巷道坚硬顶板动态力学特性及其破坏机理研究朱孟智;郭际鹏;谭秀君
【期刊名称】《山东煤炭科技》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】为研究冲击载荷作用下动压巷道坚硬顶板的动态力学特性及其破坏机理,利用SHPB冲击试验和数值模拟相结合的方法,分析了不同岩性顶板的动态力学特性和破坏模式,从应力波的角度揭示了其破坏机理。
结果表明:试样的动态力学特性具有较强的应变率效应,动态抗压强度与应变率呈线性关系增长;随着冲击载荷增大,试样的动态抗压强度、动态弹性模量和极限应变在一定范围内均增大,破坏模式具有从张拉破坏向剪切破坏变化的趋势;应力波在试样内部反射形成的拉伸波在试样内部轴心叠加是导致内部裂纹扩展贯通破坏的主要原因。
【总页数】6页(P123-127)
【作者】朱孟智;郭际鹏;谭秀君
【作者单位】陕西正通煤业有限责任公司;华能灵台邵寨煤业有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD322
【相关文献】
1.坚硬顶板条件下强烈动压巷道变形分析及控制研究
2.厚层坚硬顶板巷道围岩冲击破坏力学分析及解危方案
3.冲击载荷下砂岩的动态力学特性及破坏机制
4.冲击载
荷作用下含孔洞大理岩动态力学破坏特性试验研究5.冲击载荷下石墨矿石动力学特性的层理效应及宏微观破坏机理
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采动应力影响下巷道变形破坏机理及加固技术
采动应力影响下巷道变形破坏机理及加固技术张泽飞【摘要】为了揭示留巷巷道变形破坏机理,文中分析了留巷巷道围岩裂隙发育规律和围岩变形特征.针对分析结果提出了注浆加固方案,现场应用表明:注浆加固有效提高了围岩的完整性和强度,高预应力注浆锚索有效控制了留巷巷道进一步变形破坏.【期刊名称】《矿山测量》【年(卷),期】2018(046)005【总页数】5页(P12-15,28)【关键词】动压巷道;巷道变形;注浆加固;锚杆支护【作者】张泽飞【作者单位】山西天地王坡煤业有限公司,山西晋城048000【正文语种】中文【中图分类】TD354二次留巷是指在一次留巷的基础上，当相邻区段工作面推过后，在巷道另一侧留设巷道，工作面推过后，巷道仍能继续使用。
二次留巷技术可以充分利用已开掘巷道，节约施工成本，缓解采掘接替紧张的局面[1-3]。
然而，二次留巷涉及到相邻两区段工作面开采及两区段回采后的采场围岩结构特征及其稳定性的问题，巷道围岩在动压影响下变形剧烈[4-6]，前人基于采场结构力学模型，研究了留巷顶板的运动及变形规律[7-10]，但对于二次留巷围岩破坏特征以及相应的加固支护措施研究较少，二次留巷施工及围岩加固支护技术仍有待进一步研究。
王坡矿3314运输顺槽为留巷巷道，为保证3314工作面的安全回采，整条巷道(包括滞后工作面后方巷道段)需要在3316工作面回采期间需全部留下，然而通过现场调研情况来看，巷道全长围岩变形较大，部分锚索、锚杆破断，考虑到在3314工作面回采期间，3314运输顺槽还需经受一次强烈的动压影响，现有的支护强度难以满足3314运输顺槽围岩变形及稳定性控制要求，因此必须针对该巷提出新的动压巷道支护加固技术，控制受重复回采动压影响二次留巷巷道围岩变形，保证巷道有足够的安全通风断面，确保工作面的安全、正常回采。
1 工程地质条件王坡煤矿3316工作面开采3#煤层，位于二叠系下统山西组下部，所采煤层平均埋藏深度约为550 m。
煤矿冲击地压灾害及其控制技术
煤矿冲击地压灾害及其控制技术发表时间：2019-09-11T09:15:16.390Z 来源：《建筑模拟》2019年第31期作者：惠楠[导读] 随着经济和煤矿行业的快速发展，冲击地压是矿压显现最为突出的一种现象，破坏形式迅猛、严重，并伴有冲击能量释放。
惠楠中国平煤神马集团平煤股份一矿河南平顶山 467000摘要：随着经济和煤矿行业的快速发展，冲击地压是矿压显现最为突出的一种现象，破坏形式迅猛、严重，并伴有冲击能量释放。
断层造成的冲击地压作用机制一直以来是矿压界研究的热点。
经过冲击地压理论的研究、完善，对冲击地压有了一定的认识。
断层在采掘扰动下会直接诱发冲击地压，比如巷道发生的冲击地压是断层、煤层和顶板共同作用造成的结果。
斜沟煤矿23107工作面回采巷道发生冲击地压后，巷道变形严重，风筒被拉裂，支护立柱偏斜严重，巷道最窄处只有1m左右，设备被损坏，瓦斯浓度显著增加，严重制约了工作面生产。
因此研究分析冲击地压显现及影响，采取措施防控冲击地压的危害是有必要的。
关键词：动力灾害；防治措施；监测预警引言随着浅部煤炭资源的枯竭，煤矿的开采深度逐步加深，地压大，水温高，深部岩石岩性改变等特点逐步突出显现，随之而来的各种动力灾害现象也显著增加。
根据巷道及工作面冲击震动破坏的原因和机理，现对煤矿冲击地压发生的情况进行了统计并分析了其特点，提出了冲击地压防治的有效技术手段和监测预警系统。
1冲击地压的特点和技术研究冲击地压问题主要考虑以下3个方面：①研究煤矿冲击地压发生机理机制，主要有冲击地压发生前内部受力情况；冲击矿体的物理、力学、化学性质；冲击矿体赋存环境情况。
②研究冲击地压破坏性、危险性并进行分析总结，研究冲击地压监测与预测技术，以服务于冲击地压的监测，预防其发生。
③研究在冲击地压发生后应如何进行人员救护和其他灾难的妥善治理，以减少人员伤亡或无伤亡，并使其损失降到最低。
冲击地压的发生主要由错综复杂的煤岩性质及煤岩构造造成的，而煤岩性质和煤岩构造的研究困难度很高，导致现今冲击地压的发生机理仍没有一套成系统的、统一的理论来做指导。
采动波扰邻空节理煤巷动态变形致灾与分级弱化控制机理
采动波扰邻空节理煤巷动态变形致灾与分级弱化控制机理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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随着煤矿深部开采技术的不断发展，采动波扰邻空节理煤巷动态变形成为了煤矿安全中的一个重要问题。
煤矿冲击地压灾害及其控制技术
煤矿冲击地压灾害及其控制技术发布时间：2021-05-07T15:20:04.827Z 来源：《工程管理前沿》2021年1月第3期作者：权福国[导读] 随着浅部煤炭资源的枯竭，煤矿的开采深度逐步加深，权福国山东济宁运河煤矿有限责任公司山东省济宁市 272000摘要：随着浅部煤炭资源的枯竭，煤矿的开采深度逐步加深，地压大，水温高，深部岩石岩性改变等特点逐步突出显现，随之而来的各种动力灾害现象也显著增加。
根据巷道及工作面冲击震动破坏的原因和机理，现对煤矿冲击地压发生的情况进行了统计并分析了其特点，提出了冲击地压防治的有效技术手段和监测预警系统。
关键词：煤矿冲击地压；灾害；监测预警引言：冲击地压又叫作岩爆，是指岩体中积聚的弹性变形势能在一定的条件下猛烈地释放，导致岩石爆裂，并弹出碎片的现象，可以说岩爆是目前为止矿山安全事故多发的因素之一。
在发生岩爆的同时会产生剧烈的震动，不仅严重损坏井下巷道及设备，而且还会使地面上的建筑遭到极大的破坏。
该种灾害发生的时间可能是几天也可能是几个月，由于冲击地压非常复杂，所以一般很难用单一的方法对其进行监测，因此各种监测预警技术应该综合考虑多种因素才能达到安全预警的效果。
正文：一、冲击地压现象概述冲击地压是矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。
冲击地压与岩爆、矿震、煤与瓦斯突出同属于煤岩动力灾害，但是它又明显不同于岩爆、矿震和煤与瓦斯突出。
冲击地压与岩爆最显著的差异在于构成结构体的岩性明显不同，冲击地压发生在煤矿井巷，而岩爆多发生在含脆性岩体的非煤矿山和井巷工程中，冲击地压的破坏程度、影响范围比岩爆要大的多。
冲击地压和岩爆常会导致矿震的发生，而矿震则不一定会导致冲击地压或岩爆的发生。
冲击地压与煤与瓦斯突出最大的不同在于前者没有气体的参与。
冲击地压的发生是有条件的，并非相同地质条件的矿井都会发生冲击地压，即使同一矿井，也不是所有的地区都会发生冲击地压。
综放大断面巷道围岩失稳因素分析与控制技术
综放大断面巷道围岩失稳因素分析与控制技术摘要:东滩煤矿1306轨道顺槽为综放大断面厚顶煤巷道,回采过程中顶板离层量大,部分地段发生过大面积锚杆、锚索破断现象,巷道两帮出现明显的剪切滑移大变形,帮顶基角处破坏严重。
本文基于综放大断面厚顶煤巷道围岩破坏特征,分析其主要影响因素:上覆围岩裂隙发育存在明显不稳定的软弱夹层、区内应力异常、前期支护不合理等;提出高预紧力锚杆索协同强化控制原理及技术,关键在于顶板高性能锚杆预应力支护技术、高帮部桁架支护技术、帮顶基角“斜拉”锚索梁支护技术等,较好解决了综放大断面煤巷支护技术难题,回采期间断面收缩率控制在30%以内,为工作面安全高效回采提供了必备条件。
关键词:厚顶煤综采大断面协同支护高预紧力随着我国经济的快速发展,煤炭开采规模也迅速扩大,为满足矿井运输、通风等安全高效生产的需要,巷道断面不断加大。
加之近年我国煤矿开采条件日趋复杂,深井大断面厚顶煤巷道由于其跨度比较大,两帮、顶板为煤层,巷道围岩强度较低,尤其还要受采动的影响,围岩变形量和破裂范围都很大,严重影响矿井的安全高效生产[1～3]。
此类巷道采用锚杆支护技术时表现为围岩变形量大、顶板安全状况差两大特点,特别是高煤帮在高应力作用下极易出现剪切滑移失稳,支护体系时常发生破断、撕裂等现象,甚至出现大面积支护失效[4～6],成为制约综采(放)工作面产量的最主要因素。
本文以东滩煤矿深井高应力、大跨度、复杂厚顶煤煤巷为工程背景,系统分析大断面巷道围岩失稳的关键因素及变形规律,提出科学合理的控制对策,有效地解决了该类巷道支护难题。
1 综放大断面巷道围岩特征及支护难点1.1 巷道围岩特征1306综放工作面煤层厚度8.61～9.40 m,平均9.01 m,煤层稳定,3煤底板之上2.98～3.80 m,含一层泥岩夹矸,厚0.30～0.80 m,f=3～4;煤层具体情况见图1综合柱状图。
1.2 支护难点分析(1)区内应力异常。
根据现场情况,试验巷道1306轨道顺槽曾发生大面积锚杆、锚索破断现象。
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动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏机制及控制技术
冲击地压是威胁我国煤矿安全高效开采的主要矿井灾害之一。
统计表明,大部分冲击地压发生在回采巷道中。
目前,针对冲击地压的研究主要集中发生机理、预测预警和解危措施方面。
由于冲击地压发生机理的复杂性,影响因素的多样性,发生地点的不确定性,已有的研究成果并不能完全避免冲击地压的发生。
作为冲击地压的最后一道防线,预紧力锚杆支护系统与其作用范围内围岩共同形成的锚固承载结构决定了巷道围岩的整体稳定性。
对于动载冲击地压巷道,锚固承载结构不仅承受较大静载,还受到频繁动载的扰动,其冲击破坏机理与静
载巷道不尽相同。
本文以开采深度大、采动应力高、受顶板动载扰动,且煤岩层具有冲击倾向性等综合特征的义马矿区冲击地压巷道为工程背景,采用现场实测、实验室试验、理论分析及数值模拟相结合的方法,围绕动载扰动下巷道锚固承载结构冲击破坏特征、破坏机理以及控制技术开展了系统研究。
论文取得的主要研究成果如下:(1)开展了义马矿区冲击地压巷道地质力学测试和典型冲击破坏实
例实测分析,总结了动载冲击巷道冲击破坏特征和原因。
结果表明:义马矿区动载扰动冲击地压巷道冲击破坏特征主要表现为:(1)巷道围岩瞬时变形量大;(2)巷道底鼓严重;(3)变形破坏程度和震源能量正相关;(4)冲击破坏之前,巷道围岩缓慢变形严重;(5)锚杆支护体系严重失效。
冲击破坏后的巷道表现为围岩节理、裂隙扩展贯通,强度和完整性弱化,锚固系统锚固性能(锚固力、预紧力)降低,锚固界面粘结劣化失效,锚杆产生塑性变形,杆体内部晶粒扭曲、畸变,晶粒产生剪切、滑移,晶粒被拉长,金相组织紊乱,抗拉强度、延伸率和冲击吸收功普遍降低。
巷道冲击破坏的主要原因为:高原岩应力和采动应力叠加形成的高静载应力集中、坚硬顶板脆断形成的动载扰动、巷道围岩“外碎内脆”的结构特性以及锚杆支护参数不合理导致的锚固承载结构承载能力低。
(2)建立了动静载联合作用下回采巷道数值模型,采用数值模拟方法分析了动载扰动作用下巷道锚固承载结构动载响应特征及冲击破坏演化过程。
结果表明:动载产生的反复压拉作用,极易造成锚固岩体扩容变形破坏或锚
固系统失效,导致锚固承载结构冲击破坏;应力波在深浅部围岩产生的动载应力差,是顶板锚固承载结构变形破坏的主导因素,不同深度围岩动态响应差异是巷
帮锚固承载结构变形破坏的主导因素;锚固承载结构冲击破坏演化过程为:顶板
动载扰动→浅部围岩损伤变形破坏→锚固系统失效→锚固承载结构失去对深部围岩控制→围岩损伤破坏范围骤增→深部围岩能量瞬时释放→锚固承载结构冲击破坏。
动载扰动下巷道锚固承载结构的冲击破坏是在采动静载和动载驱动下的力学破坏过程,伴随着能量的消耗、释放与转化。
(3)提出了动载扰动下锚固承载结构冲击破坏准则和判据,基于响应面法实验设计和数据分析功能,定量研究了单因素以及多因素交互作用对锚固承载结构稳定性的影响,结果表明:动载扰动冲击地压巷道锚固承载结构冲击破坏必须满足应力和能量的双重“超载”条件,必要条件是:顶板动载和巷道围岩静载叠加强度大于锚固承载结构的承载能力,即应力超载;充分条件是:矿震余能和巷道围岩释放的弹性能量大于锚固承载结构冲击破坏耗能,且有盈余能量并可转化为冲击动能,即能量超载。
围岩强度、震源距离、震源强度、原岩应力、支护强度等单因素和各因素交互作用对锚固承载结构变形量都有显著影响,不同组合条件下锚固承载结构的破坏模式可分为锚杆断裂型、锚固脱粘型、岩体主导型和复合型。
(4)提出了动载扰动冲击地压巷道锚固围岩控制技术,主要包括“降载-抗冲-吸能”稳定性控制原理、“深部卸压-浅部强支-巷表防护”多层次控制技术以及新型抗冲击锚杆支护材料。
围岩卸压可以降低应力集中的程度和范围,降低深部围岩冲击破坏时能量释放的大小,增大动载传播的距离和衰减系数,减缓矿震动载对锚固承载结构的扰动,降低锚固承载结构发生冲击破坏的风险。
针对不同锚固承载结构破坏模式,采用加长或全长高预应力锚固、超高强度长短锚杆协同支护以及全断面支护,可以有效提高冲击地巷道锚固承载结构自身的抗冲击性能和吸能特性。
研发出的新型超高强、高冲击韧性套接锚杆的破断载荷与
SKP22-1/1770型锚索相当,但套接锚杆的平均延伸率(19.5%)与冲击吸收功(128J)远超锚索。
(5)开展了动载冲击地压锚固承载结构稳定性控制现场实践。
采用人工爆破模拟矿震动载检验控制效果,围岩质点振动、锚固围岩损伤电磁波CT扫描、围岩变形和锚固系统受力等矿压监测结果显示:爆破产生的动载扰动,造成监测点位置围岩张性拉伸损伤破坏,且锚固范围内浅部围岩损伤破坏大于深部。
由于锚固围岩的损伤破坏,大部分锚杆、锚索轴力突降,轴力损失率随着震源距离的增大呈乘幂关系衰减,随预紧力的增大呈减小趋势。
在爆破动载作用下,监测区域巷道围
岩未发生冲击破坏,巷道位移和锚杆(索)受力均在允许范围内。