冲击地压煤层能量传递与引导规律研究

The root causes of rock burst is that the power balance instability occurs in coal and rock containing the initial damage by mining influence, which may cause a large accumulation of energy to be released instantaneously. Therefore it needs to study energy transfer and guide rule. Technologies such as CT, rock's three-dimensional scanning ect are conducted to measure and represent coal microstructure geometry to achieve data interface between spatial data and finite element model. Based on deformation system equilibrium stability criterion，the coal and rock energy function which consisted with initial damage parameters and time parameters and occurred criterion of rock burst are established. Through experiments and theoretical calculations corresponding research methods，the law of energy transfer which containing the initial injury in coal and rock is analyzed. Based on coal and rock energy functional，the energy transfer law can be got through calculating system balance only include coal and rock initial damage. Geometry structure and physical parameters of the coal and rock can be changed to guide the way of coal energy transfer. It is to calculate the stability of coal and rock system, contrast before and after the system stability of coal-rock and the measure of the degree of guide the energy of the coal and rock. The model can be adjusted and to be tested and analyzed in the mine site, which is providing theoretical guidance to control rock burst.

冲击地压发生的根本原因是含初始损伤煤岩体受采动影响发生平衡状态的动力失稳，引起大量积聚的能量瞬间释放。因此需要对能量的传递、引导规律进行研究。应用CT、岩石三维扫描等技术对煤样细观结构几何参数进行测量和表征，实现煤岩体几何空间数据与有限元模型间的数据接口；依据变形系统平衡状态稳定性判别准则，建立含初始损伤参数和时间参数的煤岩体能量泛函模型、系统稳定性以及冲击地压发生判据；通过试验和理论计算相对应的研究方法，分析能量在含初始损伤煤岩体中传递规律。依据煤岩体的能量泛函，计算仅含初始损伤的煤岩体系统能量值和稳定值，得到能量传递规律；改变煤岩体结构几何参数和物理力学参数，引导煤岩体能量传递，计算煤岩体系统的稳定性，对比前后煤岩体系统稳定性，衡量对煤岩体的能量的引导程度；在煤矿现场进行测试和分析，对模型进行调整。以此来对控制冲击地压发生进行理论指导。

以冲击地压发生的频度及灾害性为背景，探索冲击地压煤层能量转移和转化规律，研究冲击地压煤层能量的传递路径，通过改变几何结构和物理参数达到调控冲击地压目的。. 针对不同孔洞缺陷煤样加载过程中能量转换规律研究，主要探讨了煤样内部总能量和弹性应变能、耗散能之间的转化关系，对弹性应变能的增长率进行了分析。根据不同孔洞缺陷煤样的破裂形态和表面能量场的变化，讨论了孔洞缺陷布置方式对煤样内能量传递的影响。缺陷空间的存在降低了煤样内部弹性应变能的储存量，增加了耗散能的转化量；同时缺陷空间的存在还降低了煤样弹性应变能的瞬时转化率。含孔洞缺陷空间的煤样加载过程中弹性应变能增长速度要低于完整的煤样，缺陷空间的存在使煤样应力峰前能量释放降低，峰后释放量增加，从而起到了能量缓释的作用；并且缺陷空间的存在还降低了煤样应力峰前能量的释放速度。孔洞缺陷的存在对煤样裂纹扩展的方向具有明显的引导作用。阶梯状孔洞缺陷的存在，对煤样下方输入的能量具有一定的释放作用，并且在能量传递的方向具有一定的引导作用，其方向将会向着缺陷空间增大的方向传递。同时，平行式阶梯状孔洞缺陷对煤样能量传递的方向不能起到扩散作用，但是对能量的释放效果较好；而扇形阶梯状孔洞缺陷对能量的传递具有一定的扩散作用。. 研究冲击倾向性注水煤样失稳破坏的演化过程，从而揭示具有冲击倾向煤体局部危险区域受力失稳前兆变化规律。煤样吸水量越大，局部失稳现象出现越早，声发射突增点也出现越早，煤样吸水率越大红外热像异常点与周围环境温差越小。利用声发射和红外热像特征参数建立了煤体损伤模型，分析了注水煤样损伤演化规律。研究揭示了煤样表面变形场与能量耗散之间的规律，试样失稳前位移集中带多出现于钻孔附近，钻孔数量越多，位移集中带反而相对分散不集中。得到了试样在钻孔影响下的能量耗散规律。. 本研究可为冲击地压机理研究及防治提供指导。