煤岩体的强度弱化减冲理论.pdfVIP

维普资讯 第 24卷第 3期 河 南 理 工 大 学 学 报 VO1．24 NO．3 2005年 6月 JOURNALOFHENAN POLYTECHNIC UNIVERSITY Jun．2005 煤岩体的强度弱化减冲理论 窦林名，陆菜平 ，牟宗龙 ，秦玉红，姚精 明 (中国矿业大学 能源与安全工程学 院，江苏 徐州 221008) 摘要 ：冲击矿压实质是煤岩体能量积聚与释放的过程 ，当煤岩体中所积聚的弹性应变能达到 其极限冲击能时，就可能发生冲击矿压．煤岩体的强度弱化减冲理论，就是在强冲击危险区 域 ，采取松散煤岩体方式 ，降低强度和冲击倾 向性 ，使得应力高峰 区向岩体深部转移 ，并降 低应力集中程度 ，从而使发生冲击矿压的强度降低，这样煤岩体中所积聚的弹性应变能达不 到最小冲击能，因此可防治冲击矿压 的发生 ，煤岩体 的强度弱化减冲理论在三河尖矿 的生产 实践 中得到了有效的证明． 关 键 词 ：强度弱化减冲理论 ；冲击矿压 ；减冲解危 中图分类号 ：TD324 ．1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1007—7332 (2005)03—0169—07 0 引 言 冲击矿压是一种较为典型的矿山灾害动力现象，其实质为煤岩体 中所积聚的弹性应变能突然、剧 烈释放的过程 ，其发生的突然性和剧烈的破坏特征对矿山安全构成很大的威胁 ，特别是随着煤矿开采 深度以每年 10m的速度增加，冲击矿压问题越来越突出 1J．我国的徐州、大同、抚顺等矿 区都面临 冲击矿压的威胁 ． 冲击矿压是矿山压力 的动力现象 ，其发生的机理十分复杂 ．各国学者在对冲击矿压现场调查及实 验室研究的基础上 ，从不同角度相继提出了一系列重要理论 ，如强度理论 、刚度理论 、能量理论 、冲 击倾 向理论 、三准则理论 、变形系统失稳理论和弹塑脆性流变理论 等 ]．从实质上讲 ，冲击矿压的 发生必须要满足强度条件 (即煤岩体上所受的应力要超过煤岩体的强度 ，煤岩体才会发生破坏)、能 量条件 (即煤岩体中要不断积聚能量，并且能够突然释放)、煤岩体具有冲击倾 向性 (即具有发生脆 性破坏的能力)等 3个条件 J．这里 ，前 1个条件是必要条件 ，而后 2个条件是充分条件 ，即煤岩体 所受的应力没有超过煤岩体的强度 ，煤岩体就不会发生破坏 ，就不会 出现冲击矿压现象 ；煤岩体中虽 然能够聚集能量 ，但耗散的速度大于聚集的速度 ，就不会突然释放 ，也不会 出现冲击矿压现象 ；煤岩 体没有突然破坏的能力 ，也就不会出现冲击矿压现象．本文就从上述 3个方面分析冲击矿压发生的原 因，率先提出冲击矿压的强度弱化减冲理论 ，并进行相应 的工程实践 ，从而为冲击矿压的有效防治提 供理论依据和实践经验． 1 冲击矿压发生的机理分析 1．1 强度条件 冲击矿压发生的前提条件是煤岩体所受的应力超过煤岩体本身的强度极限，即要满足如下强度条 件 ，才有可能发生冲击矿压 (图 1)： 收稿 [-I期 ：2005—03·12 基金项 目：国家 自然科学蛙 金重大项 目 50474068；教育部博士点基金项 目 (20030290017) ． 作者简介 ：窦林名 (1963’)，男 ，青海平安人 ，博士 ，教授 ．博士生导师，从事矿 山压力 、冲击矿压、采矿地球物理等方面的 研究工作 ． E—mail：lmdou@cumt．edu．cn 维普资讯 170 河南理工大学学报 (自然科学版)