基于煤岩物性条件调控的冲击能量演化规律实验研究

With the increase of the depth of coal mining, the risk of rock burst is becoming more and more serious, which has seriously restricted the production and safety of mine in china. At present, the general depth conditions of rockburst prevention and control theory and technology research, in depth, especially one kilometer depth under the condition of high energy, high stress rock burst prevention and control ability under the condition of not studied. High impact risk against the conditions of deep mining in coal mine under the background of high impact energy and impact energy from the start point of view, the introduction of "research ideas of human intervention to change conditions of.coal and rock material, used in laboratory experiments and numerical simulation, combined with field experiment on coal rock physical conditions impact regulation were studied. The deformation and failure of different physical conditions of coal and rock under impact stress and strain, reveal the impact energy of different material under the condition of evolution, seeking to achieve the best impact energy orderly release and dissipation, to reduce or eliminate the impact of dangerous conditions of physical control methods, to provide theoretical and.technical support for the prevention and control of deep Department of mining high energy burst.

随着煤矿开采深度的增加，冲击地压危险性越来越强烈，已经严重制约着我国矿山生产和安全。目前主要进行的一般埋深条件下冲击地压防控理论和技术研究，而在大埋深，特别是千米埋深条件下的高能量、高应力条件下的冲击地压防控尚未有系统研究。本课题针对煤矿深部开采条件下的高冲击危险，高冲击能量的背景，从冲击能量角度入手，引入“人为干预改变煤岩体物性条件”的研究思路，运用以实验室实验和数值模拟为主，结合现场实验对冲击煤岩体物性条件调控进行研究，通过研究不同物性条件下冲击煤岩体的变形破坏和应力应变情况，揭示不同物性条件下的冲击能量演化规律，寻求最佳的实现冲击能量有序释放和耗散，达到降低甚至消除冲击危险的物性条件调控方法，为深部开采高能量冲击地压的防控提供理论和技术支持。

随着我国煤矿开采向深度转移，冲击地压灾害已经成为制约煤矿安全生产的主要灾害之一。而常规防冲手段对深部高能量冲击地压防控效果欠佳。冲击煤岩体中能量的积聚、耗散和释放可以通过人工调整煤岩体物性条件进行干预和调控。.本项目建立了不同分层冲击煤岩体冲击地压力学模型，分析可知高应力下冲击煤岩体积聚了大量弹性能，受扰动影响致使其发生瞬时破坏，积聚高能量的突然释放，冲击分层越多发生冲击地压的可能性越大、释放的能量越多。.制造了不同物性条件相似试件和建立了以完整、不同裂隙和不同缺陷冲击煤岩体为代表的不同物性条件冲击煤岩体变形破坏数值模型，通过破坏过程应力分布和能量演化分析可知；改变冲击煤岩物性条件能够改变其变形破坏过程中弹性能、耗散能和冲击倾向性指数。裂隙的存在能够降低可释放弹性应变能的峰前积聚程度和峰后突然释放程度，提高峰值前、后耗散能比例，延长一定峰后破坏时间，降低冲击危险等级，但由于一般裂隙无法改变冲击煤岩的本质属性，因此无法达到消除冲击危险的目的。缺陷结构能够大幅降低冲击煤岩体可释放弹性应变能的峰前积聚程度和消除峰后突然释放，大幅提高峰值前、后耗散能比例和延长峰后破坏时间，实现消除冲击危险。.通过不同物性条件采场的数值模拟和现场应用研究，得到了针对不同现场条件的煤岩物性条件调控能量有序释放和耗散的优化方法和基本参数。.在唐山矿Y480区域和东保卫矿-620左工作面进行了现场应用和验证，消除了冲击危险，实现了安全回采。.项目得到了不同物性条件标准试件单轴压缩数值模拟试验的应力-应变曲线、冲击倾向性指数变化等数据和现场具体缺陷体制造的指导性方法和参数。.本项目研究成果已经在开滦集团唐山矿和赵各庄矿，龙煤集团双鸭山矿业分公司东保卫矿，铁煤集团大兴煤矿、大强煤矿等多个煤矿进行了现场应用，在本项目负责人参与的其他纵向项目中进行了应用，应用效果良好，后续将在以上矿区其他煤矿进行应用推广。