基于能量原理的冲击地压防治关键层确定实验研究

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冲击地压对煤矿安全和高效生产造成严重威胁。目前对冲击地压能量机理的研究,主要集中在能量耗散部分,对于煤岩体中能量的具体积聚特征缺乏专门的研究。在煤矿的地质结构中,存在许多软硬相间的岩层结构,大量研究发现,这种情况下发生冲击的可能性较大。为此,本文理论分析了煤岩冲击破坏的影响因素及能量转化规律,实验研究了煤岩变形破坏过程中能量积聚与耗散的特征,以及不同高度和不同组合方式下煤岩组合体的冲击效应和破坏形态。  对煤岩体及组合体冲击破坏过程及能量转化规律进行理论分析,结果表明,受岩石内部裂纹及空隙不同的影响,其能量积聚能力的大小及能量耗散的方式有很大差别,材料强度、材料均质度及能量输入率决定了煤样能量耗散的方式;组合体煤岩在冲击破坏过程中,内部岩石之间相互作用,不断的进行能量的传递与整体的平衡自组织,其中一部分岩层对组合体的能量积聚量及能量耗散特征起主要作用。  对峻德矿17煤层的煤、细砂岩和粗砂岩进行变形破坏实验,结果表明煤具有强冲击倾向性,粗砂岩和细砂岩具有中等冲击倾向性。分析对比岩样的全过程应力应变曲线,发现细砂岩能更多的积聚弹性能,且能发生瞬间破坏,将能量大量释放。将细砂岩、粗砂岩和煤三种岩石按照不同比例及不同方式进行组合,对比分析实验结果表明细砂岩对组合体的冲击效应起主要作用,不同组合方式下相同比例的组合体冲击效应相差很大。实验分析煤和岩石在相同破坏压强时的破坏规律,表明同时破坏时细砂岩与煤的组合能吸收更多的能量。  研究成果对深入认识冲击地压过程中不同煤岩在能量转化过程中的作用有很大的理论价值,并对现场防治冲击地压的工作具有重大的现实意义。
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