块系岩体非协调变形动力特征诱发冲击地压机理研究

Rock burst is an important scientific and engineering problems which restriction safety coal mining.Rock mass have a characteristics of blocks structure which proposed the mechanism of rock burst urgent need exploration and practice.Rock mass is a set composed of blocks which generation a series nonlinear geomechanics features.Three kinds of special phenomenons of ultralow friction phenomenon,quasi-resonances phenomenon,movement instability phenomenon in block rock mass closely related with the incompatible deformation of blocks on dynamic response.Based on the three kinds of block rock mass dynamic phenomenons,the relationship between dynamic response of block rock mass and inoculation of rock burst is studied. Theoretical and experimental models of block rock mass dynamic propagation are put forward.Dynamic response of block rock mass structure on external load is analysed. Based on the constitutive model,calculation analysis of model and comprehensive experimental measurement of rock vibration,digital speckle,infrared thermal imaging,the law and criterion of the three kinds special phenomenons of block rock mass are studied.The effect of internal cause on block rock mass structure and external cause on disturbance to the special phenomenons are analysed.Precursory characteristics and mechanism of rock burst will be proposed, on the process of incompatible deformation on block rock mass dynamic propagation.Scheme of anti-scour will be formed by blcok rock mass dynamic response,which can improve the ability of rock burst prevention.Economic loss and casualty can be decreased in coal mine rock burst.

冲击地压是困扰煤炭安全开采的重要科学和工程问题，岩体的块系构造特性使得冲击地压发生机理急需新的探索和实践。块系岩体是由块体组成的集合，岩体在块系构造状态下出现一系列非线性地质力学现象，如超低摩擦现象、准共振现象、运动失稳现象等三大特征现象，这些特征现象与块系岩体动力传播过程岩块间的非协调变形动力响应密切相关。基于块系岩体动力传播过程的三大特征现象，研究块系岩体动力传播与冲击地压灾害孕育关系。建立块系岩体动力传播理论和试验模型，分析外界载荷作用下块系岩体动力响应特性，基于本构模型和计算分析以及块系岩体振动、数字散斑、红外热成像综合试验手段研究块系岩体三大特征现象的发生规律及判别准则，分析块系结构内因和扰动外因对三大特征现象的影响，将提出块系岩体非协调变形动力传播诱发冲击地压机理及冲击前兆特征。形成块系岩体防冲方案，提高冲击地压防治能力，降低煤矿冲击地压灾害带来的经济损失和人员伤亡。

（1）项目的背景：块系岩体的冲击机理是冲击地压灾害研究的新课题，因此本项目对块系岩体的非协调变形特征及其诱发冲击地压的机理进行研究。（2）主要研究内容：块系岩体的非协调变形动力响应特征，基于块系岩体模型分析块系岩体的超低摩擦规律与发生判据、准共振规律与启动条件、以及滑移错动失稳规律及临界条件。（3）重要结果与关键数据：①块系岩体的非协调变形动力传播现象是岩块与块体间软弱夹层介质的非协调运动所导致的，其动力传播过程具有明显的非线性动力传播特性，呈现低频低速大摆幅运动特征，对岩体动力稳定性影响较大。②块系岩体的超低摩擦发生力学机制是，在外界动载荷作用下块体间存在周期交替的拉伸挤压变化，使块体间的摩擦力随时间变化，当块体间出现最大的相对位移时，块体间的摩擦力迅速下降，给出了岩块间产生超低摩擦效应的发生时刻判别公式。③围岩扰动作用下顶板将产生位移、速度及加速度三种准共振响应，从顶板-支护系统准共振角度解释了系统冲击破坏的动力学机制。给出了顶板支护系统准共振冲击破坏的判别依据，并定义了支护安全系数。④对动静载荷组合作用下块系岩体的错动滑移失稳进行力学分析，给出了岩块间产生错动滑移失稳的最小临界推力计算公式。块系岩体错动滑移失稳伴随着块体动能和块体间弱介质势能的相互转化，岩体的块系结构是导致错动滑移失稳的内在因素，其外在因素为岩体的动静载荷叠加作用。（4）项目研究的科学意义：块系岩体动力传播已成为岩体非线性动力学研究的崭新方向，由于岩块和块体间软弱裂隙带介质的非协调运动使得块系岩体出现超低摩擦现象、准共振现象、运动失稳现象。这些现象与冲击地压灾害紧密相连，分析块系岩体动力传播的非协调变形产生机制及诱发岩体冲击机理，解释其发生规律与判别依据具有重要的意科学意义，研究结果将丰富岩体非线性动力学研究并推动冲击地压灾害启动理论的发展。