深部煤巷围岩三向应力差异梯度致冲机理

摘要：

以深部煤巷围岩为研究对象,针对冲击地压灾害严重、致冲机理研究尚不完善、防冲工程缺少更具针对性指导依据等问题,采用室内试验、数值模拟、理论分析等方法,从三向应力差异角度揭示深部煤巷围岩冲击致灾机理.基于采掘活动扰乱煤岩体三向等压状态导致围岩破坏的特点,通过PFC模拟试验和理论推导研究了不同应力路径下的煤体单元体响应特征,得到单元体失稳的应力差异判据,进一步提出煤巷围岩应力差异梯度Dg和应力差异梯度变化率Dgc的概念,基于Drucker-Prager准则分析了巷道围岩Dg演化特征,进而得到巷帮煤体Dg集中致冲的作用机理,并结合冲击地压事故案例进行分析验证.结果表明:煤体的应力差异承受能力随着应力路径的不同而存在显著差异;围岩应力演化的目标是Dg峰值降至极小值,围岩的破坏和屈服是Dg驱动作用的结果;围岩内应力差异梯度4随埋深增大和煤层冲击倾向性等级升高而增长,体现出明显的"上升—跌落—下降"梯度性质;Dgc表征围岩内Dg集中程度,Dg升高区煤体在应力扰动作用下,满足Dgc0＜D'gc＜k1Dgc0时发生较稳定的变形、位移,满足k1Dgc0≤D'gcc＜[Dgc]时发生较稳定的整体失稳,满足D'gc≥[Dgc]时发生冲击地压;巷帮煤体冲击是围岩变形、破坏的一种极端演化形式;防冲机制应以弱化围岩Dg水平为核心,以Dgc控制为主要着力点.

关键词：应力差异梯度、深部开采、煤巷围岩、冲击机理、冲击地压

所属期刊栏目：48

分类号：TD324(矿山压力与支护)

资助基金：国家自然科学基金;山东省自然科学基金博士基金资助项目;中国博士后科学基金面上资助项目

在线出版日期：2023-07-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：2106-2122