《基於動靜載荷綜合作用下的誘沖關鍵層機理研究》是依託中國礦業大學，由牟宗龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於動靜載荷綜合作用下的誘沖關鍵層機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：牟宗龍
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
監測預警準確率低和解危措施缺乏針對性是煤礦衝擊礦壓事故頻發的主要原因。開採煤體往往同時受到靜載與動載的綜合影響，頂板對煤體的影響在岩層層位上已經不再局限於一般認為的低位老頂岩層範圍，高位岩層也起著重要的影響作用，故正確認識和確定誘發衝擊礦壓災害的主要岩層，即誘沖關鍵層，是提高預警準確率和解危措施有效性的關鍵。以行業需求和學科前沿為導向，項目擬研究5個方面內容，解決4個關鍵科學問題，達到3個研究目標。從力學機理上探討上覆岩層運動規律、破斷步距、來壓強度、震源能級及震動波傳播衰減規律，理論分析和試驗研究確定煤體衝擊破壞的動靜載對應關係，考慮動靜載荷綜合作用劃分衝擊危險等級，從層位、岩性、厚度、強度和震動能量等方面分析頂板型衝擊礦壓的主要影響岩層及其判別方法，確定誘發衝擊的關鍵岩層，提出衝擊危險的煤體靜應力監測與頂板震動監測相結合的動靜載組合監測技術指標，為預測和弱化控制衝擊災害提供支持。
結題摘要
衝擊礦壓機理一直是採礦及岩石力學領域研究的焦點且十分重要的問題，其中，由頂板岩層誘發的衝擊礦壓問題尤為突出，由於對頂板活動及對礦震動載的監測及防治難度大，因此頂板型衝擊礦壓是目前困擾礦井安全生產的重大隱患。本課題在頂板岩層誘發衝擊礦壓機理方面進行了探索研究，從煤岩體實際所受的地質及開採環境入手，分析了開採過程中岩層運動及破斷規律，提出了“O-X-F-T”覆岩演化模型，合理解釋了開採過程中隨著開採範圍的擴大，覆岩結構運動逐步強烈、衝擊危險性逐步增加的現象；並在研究過程中，對覆岩結構不同形態的形成過程、覆岩結構特徵、覆岩結構失穩條件、以及對煤岩體的應力影響規律進行了詳細研究；本課題全面考慮了靜載應力及動載應力對煤岩體應力狀態及衝擊危險狀態的影響規律，通過試驗研究，直觀再現了在靜載一定的情況下，隨著動載的提高，巷道煤岩破壞程度逐步增加的現象；理論分析了頂板-煤體組合系統的能量演化過程及衝擊失穩條件，得到了頂板靜載作用下對煤體衝擊的本質影響特性；並採用數值計算得到了不同動靜載組合關係對煤體的應力狀態影響規律，即在動靜載之和一定的條件下，高靜載+低動載組合相比低靜載+高動載組合更易引起衝擊，為了維護巷道圍岩穩定，研究了不同支護方式下，動、靜載對圍岩的破壞影響程度，發現當震動能量在10E6J級別左右時，採用錨網索+幫部錨索加強支護，巷道圍岩能夠得到較好的控制，但隨著礦震能量的增加，當震動能量超過10E7J時，已不能維持巷道圍岩的穩定，此時需要配合使用更高強度的支護方式，如“O”型棚、門式液壓支架等全斷面支護方式。圍繞本課題研究主題，分析了誘沖關鍵層對煤體衝擊影響的作用機理，對上覆不同層位岩層、即主關鍵層和亞關鍵層的結構特徵及失穩條件進行了分析，得到了關鍵層主動與被動失穩對衝擊的不同影響程度，確定了被動失穩關鍵層將對衝擊產生更為明顯的影響，同時在關鍵層失穩過程中，產生的礦震動載傳遞到煤體，將引起動靜載疊加，在滿足動靜載組合臨界條件時將引起煤體衝擊破壞，該研究結果具有理論和現場衝擊災害防治指導意義，即，可通過分析地質和開採條件，或通過微震監測覆岩礦震活動規律，提前確定誘沖關鍵層，通過採取誘沖關鍵層預裂等措施，可降低衝擊礦壓危險。本課題相關研究成果以論文、專利、專著、軟體著作權等形式得到公開發表，在同行中得以交流，衍生的技術成果在現場實踐中得到了較廣泛的套用，取得了良好的效果。
