煤岩体储能与冲击矿压机理的探讨

在文献学习与工程试验研究的基础上，产生了关于岩体应力场与弹性应变能量的内在联系及能量积聚与传递性的若干认识。应用能量传递原理和能量守恒定律，结合岩体性状组织损伤弱化的理论，提出了煤岩体冲击效应理论与冲击效应方程，并结合冲击效应学说与能量方程分析论述了冲击矿压的形成机理。     

煤岩体储能与冲击矿压机理的探讨

在文献学习与工程试验研究的基础上 ,产生了关于岩体应力场与弹性应变能量的内在联系及能量积聚与传递性的若干认识。应用能量传递原理和能量守恒定律 ,结合岩体性状组织损伤弱化的理论 ,提出了煤岩体冲击效应理论与冲击效应方程 ,并结合冲击效应学说与能量方程分析论述了冲击矿压的形成机理     

煤岩体冲击地压储能机理发生条件的研究

为了进一步定量分析冲击地压的发生时间、地点、强度等特征,结合对岩体性状组织损伤弱化的分析,提出了煤岩体发生冲击效应的区域能量方程,从能量的观点对煤岩的力学性质进行了多方面的探究,建立了煤岩损伤本构方程,论述了冲击地压的形成机理.结果表明,冲击地压过程实际上是加速损伤过程,冲击地压的发生有两个必要条件:一是岩石为第Ⅱ类岩石,二是巷道壁面产生足够大的变形,并提出预防冲击地压的措施.     

深部开采冲击地压诱发瓦斯异常涌出原因分析

为研究深部开采冲击地压诱导瓦斯异常涌出致灾机理,分析了深部开采煤体高地应力和高瓦斯含量的物性特征,揭示出冲击地压诱发瓦斯涌出的动力条件和物质条件,结合KozenyCarmen方程建立煤体渗透率与开采影响下损伤裂隙煤体体积应变的关系式。研究结果表明:冲击失稳过程中煤体渗透率增加显著,冲击地压产生的振动效应加速煤体变形破坏,促使瓦斯快速大量涌出;冲击地压孕育过程中的煤体渗透率变化效应、煤体形成剪切滑移面效应、冲击地压诱发的煤岩体振动效应以及煤体温度升高效应的联合作用,导致了冲击地压后瓦斯的异常涌出。     

冲击地压的发生机理与防治方法

随着煤矿采掘深度和强度的不断加大,冲击地压灾害愈发严重。冲击地压的发生是能量在煤岩体内部积聚的结果,高应力是冲击地压的充分必要条件。现有冲击地压防治方法都是通过卸围压来释放煤岩体内部积聚的能量,从而减弱煤岩体内部的应力集中,防治冲击地压现象。     

煤岩中弹性能量的表征与冲击地压预测方法研究

分析了煤岩储能区冲击效应现象的发生机理及基本特征,深入探讨了围岩深部原生煤岩体固有的弹性能以及冲击效应的特征;揭示了冲击效应诱发煤岩力学性能及物理性质的变化。基于这些有意义的变化,探讨性地提出了冲击地压的应力监测法和能量型磁电监测法的技术思想,为冲击地压的预测提供了新的方法。     

浅析能量组合型冲击地压控制理论

在总结深井冲击地压的特征和规律的基础上,对冲击地压的发生机理进行了分析,并指出了冲击地压是煤岩体系统在变形过程中由稳定态积蓄能量向非稳定态释放能量转化的非线性动力学过程,建立了以组合型能量转化为中心的冲击地压分类体系,并探讨了组合型能量转化的冲击地压发生机理。在此基础上,提出了以组合型能量转化为中心的冲击地压控制理论。     

湖西矿800m深井冲击倾向性试验及防治对策研究

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件。本文对湖西矿主采煤层进行了煤岩冲击倾向性试验研究,对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间三个煤层冲击能量指标,以及弯曲能量指数的岩层冲击能量指标进行了试验和分析,获得该矿深部煤岩冲击倾向性评判结果,在此研究基础上,提出了湖西煤矿未来深部开采时冲击灾害防治对策。     

巷道围岩连锁冲击破坏机理及稳定控制方法研究

利用虚拟交界面将巷道围岩整体结构分成若干岩体单元和弹性单元，建立巷道围岩连锁冲击破坏理论及其力学结构模型，分析了不同静载、动载组合巷道围岩连锁破坏形式，建立了连锁破坏的力学方程和能量方程，揭示了巷道围岩储能结构、阻力结构在冲击启动和破坏过程中的作用和影响机制。研究表明，冲击地压是动力扰动诱发煤岩体内部弹性能突然释放的结果，其中煤岩体储能结构是冲击破坏的内因和动力源泉，动载诱发局部岩体破坏和能量连续释放；煤岩体冲击破坏时，其整体结构转变为向巷道自由空间运动的多滑块（岩体单元）结构，各滑块间存在相对运动、挤压以及弹性单元触发产生的冲击力，使各岩体单元的速度和加速度均处在动态变化当中；巷道围岩防冲控制的有效思路是调整巷道围岩整体结构，合理分布储能结构和冲击阻力结构，主动破坏能量持续解锁所需的弹性单元，使巷道周边围岩由储能结构转变为阻力结构区域。     

缺陷煤岩体对冲击能量防控的机理研究

在对重大冲击地压灾害全面调研的基础上,分析了我国深部矿井重大冲击地压的显现特征及研究现状。通过对冲击煤体的冲击倾向性变化分析,对比了冲击煤体和缺陷煤体的应力和能量特征,得出了缺陷煤体和冲击煤体的本质区别。通过人为缺陷结构改变了冲击煤岩体的能量积聚和释放特征,提出了缺陷煤岩体防控冲击地压的能量机理,可将重大冲击能量耗散并降低至低能量。结合具体工程,阐述了缺陷煤岩体防控重大冲击地压的技术方法,从控制冲击倾向方面发展了一种防控重大冲击地压的新技术。     

岩爆发生的随机共振机制

将随机共振理论应用于岩爆形成机制的分析，建立了周期力和随机动力扰动影响下的岩板结构演化方程，采用势函数方法探索了随机共振诱导岩爆发生的机制，并讨论了动力扰动能量向周期力能量的转移现象．研究表明，岩爆的发生机制可通过随机共振理论得到很好的解释．     

冲击矿压的强度弱化减冲理论及其应用

提出冲击矿压的强度弱化减冲理论，即采取松散煤岩体，降低强度和冲击倾向性，使得应力高峰区向岩体深部转移，并降低应力集中程度，使发生冲击矿压的强度降低，使得煤岩体中所积聚的弹性应变能达不到最小冲击能，从而防治冲击矿压的发生.强度弱化减冲理论在三河尖矿的生产实践中得到了有效的验证.     

基于模糊数学法的阿舍勒铜矿深部岩体岩爆倾向性预测

在地应力测试和岩石力学参数试验的基础上,首先采用单指标评价法,如:岩石脆性系数法、能量冲击性指数法、岩石弹性能量指数法等,对阿舍勒铜矿深部岩体的岩爆倾向性和烈度大小进行了预测,发现采用不同的岩爆倾向评价方法,其结果会存在一定的离散性。基于单指标评价结果,采用模糊数学评判法,建立数学模型,对阿舍勒铜矿深部围岩体岩爆倾向性进行了综合分析计算,评判结果表明:凝灰岩、铜硫矿、黄铁矿三种岩性岩爆倾向性分别为弱岩爆倾向、中等岩爆倾向、中等岩爆倾向,评判结论与现场实际情况吻合,表明使用模糊数学综合评判法预测岩爆倾向性可靠有效。     

基于两体系统动态加卸载效应的冲击地压机理

从冲击地压事件的能量来源出发,提出了破裂体和释能体相互作用的冲击震源模型,分析了冲击地压过程中能量传递与释放的动态机制,指出冲击源两体之间存在动态加、卸载效应。破裂体中裂纹传播速度越快,对释能体的动态卸载效应越显著,释能体动态应力降越大,能量释放速率越高;释能体动能越大,作用于破裂体的动态加载速率越高,破裂体破坏速度越快,碎裂程度越高,冲击地压发生过程即为两体动态交互作用加速、稳定、减速过程,相关分析与室内两体试验现象吻合。据此理论推测了冲击源的尺度特征,华亭矿区典型冲击地压事件的同步钻孔应变观测结果表明冲击时在破裂区外围不同尺度范围内存在同步应力降,为上述理论提供了工程依据。     

冲击地压的混沌学模型及预测预报

根据混沌学理论,研究了冲击地压启动的混沌特性,提出了在一定的时间尺度内预测预报冲击地压发生的方法。应用动力反演方法,建立了冲击地压的动力学方程组,并以此模型进行冲击地压的预测预报。实例表明,该方法是可行的。     

煤岩动力系统失稳机理

为了计算不同冲击危险程度煤岩体的具体影响尺度,实现煤矿冲击地压的针对性预防和治理,提出了"煤岩动力系统"的概念,构建了"煤岩动力系统与冲击地压显现关系"模型。基于爆破理论和Mises屈服强度准则,提出了"煤岩动力系统"各区域尺度计算方法并建立了相应的评价指标体系。根据煤矿已发生冲击地压和"高能量"微震事件的震源位置和能量值,确定煤岩动力系统"动力核区"、"破坏区"、"损伤区"和"影响区"等各区域尺度的具体影响范围,判断不同尺度范围内煤岩体的冲击危险程度。将煤岩动力系统各区域尺度计算方法在老虎台煤矿进行了准确性验证,表明该方法具有较高的可信度和实用性,可以广泛应用在矿井冲击地压的预测与危险性评价工作中。     

基于ν-SVR算法的岩爆预测分析

以预测地下工程岩爆发生为研究目的,在综合影响岩爆的关键因素的基础上,选取地下工程围岩最大切向应力、岩石单轴抗压、抗拉强度、弹性能量指数、围岩切向应力与围岩抗压强度比值、围岩抗压强度与其抗拉强度的比值作为岩爆预测的评判指标,建立了一种基于改进支持向量机算法( ν-SVR)的岩爆预测方法,并利用国内外45个岩石地下工程实例进行学习,对另外的16个实例进行了预测,取得了较好的效果,其预测精度明显优于灰色理论和常规SVR算法,与GA-BP神经网络算法相近.     

岩爆的超声波监测及预测预报方法试验研究

针对岩爆监测研究的不足,开展了完整硬岩岩爆单轴压缩试验及全过程超声波监测,分析了完整硬岩岩爆破坏特征及超声波前兆规律,探讨了完整硬岩岩爆的预测预报。结果表明:对于完整硬岩岩爆,当加载载荷达到其峰值强度便产生噼啪声响,随之发生爆裂,通过分析碎片,发现试样靠近外部区域劈裂现象明显,越靠近试样内部其破裂面的粉化程度越严重,剪切现象越明显,是源于内部被约束程度的增加导致的强烈摩擦作用和高耗能的结果;通过对完整硬岩岩爆全过程超声波监测,发现波速由平稳不变发展到波动状态、首波波幅由微小的起伏波动发展到较大的起伏波动、衰减系数从增加转为下降均可作为岩爆发生的前兆;首波波幅由总体上减小转为明显增加也可作为岩爆发生的前兆,首波波幅由一直减小发展到微小起伏波动可作为岩爆发生的前兆;硬岩超声波频谱图可反映硬岩试样在载荷作用下其内部由变形发展到产生损伤再到破裂随即岩爆的过程。     

渣滓溪锑矿井下岩石岩爆倾向性研究

为了研究渣滓溪锑矿井下主要岩石的岩爆倾向性, 以便有针对性地采取防治措施, 采用岩体脆性指数、弹性变形能指数、冲击能指数和剩余能量指数4种岩爆倾向性判别指标, 分别研究了井下凝灰质板岩、凝灰质砂岩、石英砂岩和锑块矿4种岩石的岩爆倾向性, 结果表明, 在具备一定外力的条件下, 凝灰质砂岩无岩爆可能性, 凝灰质板岩可能发生中等岩爆, 石英砂岩肯定发生中等及以上岩爆, 锑块矿肯定发生强烈岩爆。同时结合调查区域井下岩爆的实际发生情况, 进一步论证了该结论的科学性。     

基于贝叶斯神经网络的冲击地压预测与影响因素权重分析

针对华丰煤矿4#煤层冲击事故频发的问题,采用理论分析及现场实验相结合的方法,对于复杂开采技术类因素和多种典型性地质条件耦合作用下的冲击地压启动机理、能量来源及防治措施展开研究。首先分析4#煤层1411工作面冲击启动能量来源,通过建立工作面前方煤体及围岩结构承受动、静载荷的力学模型,得到冲击启动区煤体内部任意一点的应力解析解,其次基于弹塑性理论,通过主应力平面偏转变换得出的最大、中间和最小主应力求得冲击启动区任意处单元煤体储存的弹性应变能的解析解,并根据现场实际工程参数,分析各种因素对煤体内部应力和能量分布规律的影响。结合力学模型解析解、数值模拟实验和现场记录参数的结果对工作面前方冲击地压的启动、传递和显现进行预测和分析。通过对冲击地压影响因素权重的分析发现了通过水力压裂降低顶板强度或水射流切割顶板降低老顶悬臂梁长度等对工作面防冲治理的优先级应高于保护层开采卸压等手段。