動載沖擊地壓機理分析與防治實踐.pdf

1、按照載荷的來源和加載形式,可將沖擊地壓分為靜載沖擊地壓和動載沖擊地壓。動載沖擊地壓是在動、靜載荷疊加作用下發(fā)生的突然失穩(wěn)現(xiàn)象?，F(xiàn)有的沖擊地壓發(fā)生機理研究主要從煤自身性質(zhì)或煤巖體結(jié)構(gòu)特性角度展開,而對煤及煤巖體結(jié)構(gòu)特性受動靜載荷影響的研究較少。
　　基于此,本文根據(jù)動載沖擊地壓的發(fā)生特點,首次提出并設(shè)計了改進的霍普金森桿實驗,并與分形斷裂力學(xué)、波動力學(xué)、突變理論和混沌理論相結(jié)合,分析了動靜載荷下煤及煤巖體結(jié)構(gòu)的破壞特性、機制以及應(yīng)力

2、波傳播規(guī)律,探討了煤及煤巖體結(jié)構(gòu)特性在動靜加載下發(fā)生顯著改變而導(dǎo)致動載沖擊地壓發(fā)生的機理;建立了動載沖擊地壓的分源防治體系,并在古山煤礦生產(chǎn)實踐中得到有效驗證。論文的主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)進行了煤的改進霍普金森桿實驗,并基于分形斷裂力學(xué),探討了動靜加載下煤的破壞特性及沖擊傾向性。分析認(rèn)為,在動靜加載下煤的沖擊傾向性比靜載下的更強,且煤中的裂隙數(shù)目和靜載大小對動載的作用效果具有顯著影響。
　　(2)通過分析動載沖

3、擊地壓的發(fā)生特點,并結(jié)合量綱分析方法,獲得了動載沖擊地壓的9個主要影響因素。進行了煤巖組合試樣的改進霍普金森桿實驗,分析了動載加載下組合煤巖樣的破壞特性,進而探討了煤巖體結(jié)構(gòu)特性對動靜載荷的破壞效果的影響。
　　(3)將突變理論和時效損傷本構(gòu)模型相結(jié)合,推導(dǎo)了動靜加載下煤巖組合模型的失穩(wěn)判據(jù)、突跳位移以及釋放總能量的數(shù)學(xué)表達式;在此基礎(chǔ)上,探討了煤巖體結(jié)構(gòu)特性對動載沖擊地壓的發(fā)生條件、頂板下沉量和沖擊強度的影響。通過建立組合煤巖體

4、的非線性動力學(xué)模型,分析了動載沖擊地壓發(fā)生過程中的混沌機制。
　　(4)將煤巖組合試樣的改進霍普金森桿實驗與波動力學(xué)相結(jié)合,探討了動靜加載下組合煤巖樣中應(yīng)力波的傳播機制和能量耗散規(guī)律,分析了動靜載下煤巖體破壞對動載的傳播和耗散的影響。分析表明,當(dāng)動、靜載荷均較大時,才會有較多的動載參與到煤巖體結(jié)構(gòu)的破壞失穩(wěn),否則動載將以反射或透射為主;并且隨著動載能量的增大參與破壞的動載比重逐漸增大。動靜載下煤巖體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)可分為動載主導(dǎo)型和動載誘