复合弱结构失稳变形及冲击倾向性变化特征分析
Analysis on instability deformation and burst liability of composite weak structures
-
摘要: 为了解决矿井开采过程中冲击煤岩体应力集中及能量积聚的问题，提出了人为改变煤岩体强度形成复合弱结构的概念，并根据软硬岩层强度比例、体积大小等因素引入了复合度KC，可以对复合弱结构应力集中大小及能量耗散程度进行判定。在此基础上运用RFPA数值模拟方法对比分析了具有不同复合度煤岩体的变形失稳特征及应力-应变曲线变化形式，并从煤岩体冲击倾向性判定角度对复合弱结构改变煤岩体冲击倾向性进行了相关探讨。结果表明：强度比例和体积大小是复合弱结构控制冲击能量的主要影响因素；复合弱结构破坏失稳过程中的弱化阶段是其耗散冲击能量的特有阶段，且耗散程度与复合度KC的大小密切相关；复合度KC不仅能够改变整体结构的裂缝发育程度、破坏形式及应力-应变曲线形态，而且与煤岩结构的最大集中应力、应力峰值位置及能量耗散程度成反比例关系；利用冲击倾向性判定准则中弹性能指数WET和冲击能指数KE的曲线及面积变化特征验证了复合弱结构对冲击能量的耗散过程及控制作用，复合弱结构可以通过减小冲击煤岩体中储存弹性能比例，增加损失耗散能比例的方式对冲击能量的积聚与耗散程度进行控制，从而减弱煤岩体冲击倾向性，降低冲击能量释放程度及危险等级，达到防治冲击地压的目的。Abstract: In order to control the stress concentration and energy accumulation in impact coal-rock mass,the concept of composite weak structure is proposed. Based on the strength ratio and volume of the soft-hard strata,the composite degree KC,which can pinpoint the stress concentration and energy dissipation degree of composite weak structure,is introduced. On this basis,the RFPA numerical simulation method is used to compare and analyze the instability characteristics and stress-strain curve changes in various composite weak structures. Weakening the impact tendency by composite weak structure from the point of view of burst liability is studied. The results show that strength ratio and volume size are the main factors for composite weak structure to control impact energy,the weakening stage in the process of failure and instability of composite weak structure is the unique stage of dissipating impact energy,and the dissipation degree is closely related to the KC. The KC not only change the fracture development degree,failure form and stress-strain curve of the whole structure,but KC is also inversely proportional to the maximum concentration stress,stress peak location and energy dissipation degree; the dissipative effect by the composite weak structure is verified by the elastic energy index WET and the impact energy index KE. Composite weak structure can reduce the elastic energy stored in coal-rock mass and increase the loss of dissipative energy,which can weaken the burst liability of coal-rock,reduce impact energy release and risk level,and achieve the purpose to prevent and control the rockburst.
-
-
期刊类型引用(17)
1. 马小辉，李文福，刘咸富，王向阳，何伟，王岩，白晓敏，刘万成. 井工式液态CO_2相变致裂煤层关键参数及应用效果研究. 煤炭技术. 2025(03): 198-202 . 
百度学术
2. 陈祖国，高园园，冯明强，李洋，黄霓. CO_2气爆煤岩体预制楔形裂纹扩展模拟研究. 煤炭技术. 2025(06): 167-171 . 百度学术
3. 彭鑫. CO_2致裂技术在贵州大运煤矿、宏发煤矿低渗煤层瓦斯治理应用研究. 山西煤炭. 2024(01): 71-80 . 百度学术
4. 杨希培，杨百舸，徐锋懿. CO_2气相压裂煤层瓦斯参数测试及数值模拟分析. 现代矿业. 2024(06): 31-35+66 . 百度学术
5. 秦雷，王伟凯，林海飞，周斌，王瑞哲，罗荣卫，李树刚. 低温循环冻融过程不同煤阶煤体传热-变形特征分析. 中国矿业大学学报. 2024(04): 737-750 . 百度学术
6. 李国彬，沈永星，冯增朝. 水/CO_2对平直节理砂岩剪切力学特性的影响. 太原理工大学学报. 2024(06): 981-988 . 百度学术
7. 张天军，朱诗鹏，庞明坤，武晋宇，刘荣涛，韩明睿，潘红宇. CO_2致裂钻孔瓦斯径向non-Darcy渗流影响因素研究. 煤炭学报. 2024(S2): 946-957 . 百度学术
8. 徐东方，尉瑞，周风媛，张孝强. 低瓦斯高强度开采综放工作面静态爆破强化瓦斯抽采技术研究. 工业安全与环保. 2023(03): 69-72 . 百度学术
9. 宋建民，邹永洺. 基于EGF增渗材料的煤层酸化增透技术研究. 煤矿安全. 2023(05): 161-168 . 百度学术
10. 周西华，周露函，姜延航，白刚，刘天祥，王学鹏. 多因素对液态CO_2冻融致裂煤体的影响试验研究. 中国安全科学学报. 2023(07): 58-67 . 百度学术
11. 张树丰. 回采面CO_2致裂增透与煤体注碱同步治理硫化氢技术研究. 煤. 2023(10): 1-3+65 . 百度学术
12. 杨鹏，薛傲，王杰，潘辉，陈嘉慧，任旭朗，程志恒，陈亮. 吉宁矿CO_2气相压裂条件下抽采半径时变规律. 华北科技学院学报. 2023(05): 43-54 . 百度学术
13. 毕慧杰，邓志刚，李少刚，莫云龙，苏振国. 深孔爆破在小煤柱巷道顶板控制中的应用. 煤炭科学技术. 2022(03): 85-91 . 本站查看
14. 杨海斌，汪旭光，王尹军，张建如. 液态CO_2相变爆炸激发药剂的爆炸性与安全性. 工程爆破. 2022(03): 97-102 . 百度学术
15. 杨海斌，汪旭光，王尹军，郭宝江，张风军，李继红. 液态CO_2相变爆炸激发药剂安全性的试验研究. 火炸药学报. 2022(04): 590-596 . 百度学术
16. 阎俞佐，康健婷，郑亚炜，晏嘉欣，张连昆. 温度冲击作用对无烟煤甲烷吸附-解吸特性影响的试验研究. 煤炭科学技术. 2022(09): 93-103 . 本站查看
17. 黄志增，高晓进，袁伟茗，孙晓冬. 深孔预裂爆破沿空留巷技术及顶板应力分布规律. 煤炭科学技术. 2022(S2): 88-96 . 本站查看
其他类型引用(4)
下载:
图(7)
计量
- 文章访问数: 163
- HTML全文浏览量: 2
- PDF下载量: 321
- 被引次数: 21
