冲击地压的研究现状

1、冲击地压的研究现状冲击地压作为岩石力学的重大难题之一，冲击地压的发生和进展进程是一个很难用数学手腕模拟的动力失稳进程，而煤（岩）体本身是非均匀的各向异性体，因此冲击地压的研究十分缓慢。由于各国学者在对冲击地压现场调查研究及实验室研究的基础上，接踵提出了一系列的理论，依照现代力学观点在对冲击地压不同角度提出了一系列的重要理论，要紧有以下几种：强度理论、刚度理论、冲击偏向性理论能量理论和断裂、损伤理论等。其中较早的理论为强度理论，该理论初期以为，冲击地压是煤岩局部应力超过强度而发生的，并对煤岩体形成应力集中的缘故提出了各类假说，如压力拱理论和悬壁梁理论等，这一理论称为冲击地压的强度理论。强度理论进

2、一步进展为近代强度理论，以“矿体一围岩”系统为研究对象，考虑了系统的极限平稳。刚度理论是由 CookCook 等人在 6060 年代依照刚性压力机理论而取得的。 以为试件的刚度大于实验机构的刚度时，破坏是不稳固的，煤岩呈现突然的脆性破坏12o7070 年代，BlackBlack 将矿柱视为矿山结构的刚度大于矿山负荷系统（围岩）的刚度是产生岩爆的必要条件。依照现代力学观点，冲击偏向性理论是指煤岩介质产生冲击破坏的固有能力或属性。煤岩体冲击偏向性是产生冲击地压的必要条件。冲击偏向理论是波兰和前苏联学者提出的，我国学者在这方面做了大量的工作，提出用煤样的动态破坏时刻（Dt）、弹性能指数（WET）及冲

3、击能量指数（KE）三项指标综合判别煤的冲击偏向的实验方式，提出了两个冲击偏向胜指标：弹性能指数WET、冲击能量指数KE。弹性能指数计算方式是对煤层进行单轴紧缩实验，达到峰值的 80%80%90%90%时再卸载，弹性能量为SP,损失能量为那么弹性能指数为:SPWETST冲击能量指数是利用煤的全进程应力应变曲线， 设峰值前的面积为值后的面积为FX,那么冲击能量指数为：KEFS以为当这两个冲击偏向性指标大于某个值时，就会发生冲击地压,称Fs,峰这一理论如表所小。为冲击偏向理论。至今煤炭部门还在沿用这一指标，并制定了标准,表冲击地压危险指标TableRockburstriskcriterrionTab

4、leRockburstriskcriterrion冲击危险性无冲击危险弱冲击危险强冲击危险弹性能指数WET22WET5WET5冲击能量指标KE1.51.5KE5KE5显然，用一组冲击偏向理论指标评判煤（岩）体本身的冲击危险具有实际的意义，并已取得了普遍的应用。但是，冲击地压的发生与采掘和地质环境有关，而且实际的煤岩物理力学性质随地质开采条件不同而有专门大的不同，实验室测定的结果往往不能完全代表各类环境下的煤岩性质，这也给冲击偏向理论的应用带来了局限性。大量的现场调查说明，具有相同冲击偏向性的煤层，乃至同一煤层，只有少数区域发生冲击地压，大多数区域不发生冲击地压。而且许多属于强冲击偏向性的煤层并

5、非发生冲击地压，而某些冲击性很弱或无冲击性的煤层却发生了冲击地压，可见冲击偏向性理论的不足。随着理论体系的不断完善， 有的学者提出了能量理论， 能量理论是从能量转化方面说明冲击地压的成因。该理论以为矿体一围岩系统在其力学平稳状态破坏所释放的能量大于所消耗的能量时发生冲击地压。能量理论能够说明一些现象，但它把煤岩体看成纯弹性的，不符合冲击地压是煤岩破坏的事实；该理论没有说明平稳状态的性状及其破坏条件，专门是围岩能量释放的条件，缺乏必要的判据和条件。我国学者章梦涛13等人提出了失稳理论， 该理论以为冲击地压是煤岩的一种材料失稳破坏现象，以为煤岩受采动而在采场周围形成应力集中，煤岩变成软化材料，当处

6、于不稳固状态时，在外界扰动下，发生冲击地压，提出了冲击地压是材料失稳的思想，但没有对冲击地压发生的条件进行具体分析。由于煤矿属于大的地下空间结构开采，其地质条件不能够看清出，因此不同的学者对冲击地压有不同的观点。7070 年代末，林大键将突变论引入岩石力学，其后，潘岳、费鸿禄、潘一山等学者成立了岩体结构失稳的突变模型，围岩压力、刚度和煤岩损伤扩展耗散能量进行分析，定性地说明发生冲击地压的机理。目前,多数采纳尖角突变模型，成立岩体的势函数，分析分叉集，得出突变判据。突变理论进展了刚度理论和强度理论。这一理论的研究方才起步，离解决实际问题还有相当距离。谢和平的冲击地压分形特点与机理研究，将分形几何

7、引入冲击地压的研究。这一理论的要紧功效是利用分形的数量与半径的关系来考察微震事件的空间散布，发觉微震时刻具有集聚分形结构。当冲击地压发生前，微震活动的集聚程度明显增加，并显现分形维数值的减少。最低的分形维数值通常出此刻一个主冲击地压临近发生时。分形理论对冲击地压发生更多地是从现象的角度给予定性描述，在定量描述冲击地压发生的缘故和破坏进程方面还需要做大量的工作14。潭云亮在非线形分析方面对冲击地压发生和破坏方面也做了大量的工作150齐庆新等在研究冲击地压的发生与煤岩体摩擦滑动破坏的关系时提出了“三因素”理论。该理论将岩体内在因素、力源因素和结构因素作为致使冲击地压发生的最要紧因素。以为岩体破坏是

8、滑动破坏，具滑动形式分为稳固性滑动和粘性滑动两种。岩层受力进程中的瞬时粘滑进程，是岩层知足剪切强度准那么的突然滑动并在滑动进程中伴有变形能释放的动力进程16-17。充分地研究冲击地压发生的机理，运用科学的预测预报方式，对冲击地压进行有效的防治是完全可能的。就目前的研究现状，防治技术的研究可归纳为长期防治和直接防治两个方面：长期防治：高度重视合理的开采技术方法。合理的开拓布置开采方式对幸免形成高应力集中和能量大量集聚，避免冲击地压的发生极为重要。关于开采方式来讲，长壁采煤法是回采有冲击地压危险煤层最有利的方式，因为它所要得采准工程量最小。这一点已被工程界认同，并已普遍应用。同时，对长壁采煤的冲击

9、地压预测与方针的研究也不断成熟，如通过岩石力学研究降低长壁工作面的冲击危险，在长壁面采纳实验钻孔和声发射监测结合的方式以确信应变能释放密度和应力降低的速度，对煤层冲击地压危险进行预测。开采爱惜层。在进行多煤层的井下开采时，每一层煤的开采工作都彼此阻碍。因此，在设计时期就要规定煤层群的和谐开采，达到降低冲击地压潜在的危险性。在同一煤层内进行开采时，能够达到相临煤层周期卸压的成效。煤层预注水方式。有关冲击煤层的物理力学特性转变实验和提高煤的湿度实验，是研究煤层高压注水工艺的基础。波兰上西里西亚矿井中的回采工作面要紧采纳两种煤层注水工艺，短孔注水法和长孔注水法。目前该项技术日趋完善，欧美国家已将其普

10、遍用于降尘，冲击地压防治和我瓦斯突出。厚煤层坚硬顶板处置。 厚层坚硬顶板易引发冲击地压， 一是回采工作面上方厚层坚硬老顶的大面积悬顶和冒落，会引发煤层和顶板内的应力高度集中。若是放顶不充分，那么应力集中就不能随开采而前移，工作面的应力就有可能增大至临界点，有可能致使冲击地压。二是工作面和上下平巷周围直接岩石的悬露，会引发不规那么垮落和周期性增压，给工作面顶板治理和巷道保护造成困难。目前较为有效的处置方式是顶板注水软化，爆破断顶（即强制放顶）。直接防治：卸压爆破：卸压爆破是对具有冲击地压危险的煤层，用爆破方式减缓其应力集中程度的一种解危方法。世界上几乎所有国家在开采有冲击危险的煤层时，都把卸压爆

11、破作为要紧的解危方法之一。诱发爆破：诱发爆破是在检测到有冲击地压危险的情形，利用较多药量进行爆破，人为诱发冲击地压，使冲击地压发生在一按时刻和地址，从而幸免更大损害。钻孔卸压：采纳大直径钻孔减缓冲击危险，此法基于钻孔冲击。利用钻孔周围形成的破碎区的沟通作用，使煤层破裂卸压。缺点法与冲击地压防治：理论研究和生产实践证明，冲击地压事故几乎都与采掘工作面推动覆岩运动破坏和应力场应力大小及散布紧密联系在一路。缺点法操纵冲击地压要紧研究冲击地压能量的空间和时刻上的充分释放，以达到操纵破坏性冲击地压的目的。因此，冲击地压防治的关键在于对煤岩体在不同应力状态下的破坏进程的分析基础上， 通过降低应力、改变煤岩

12、体能量释放模式等手腕，达到操纵破坏性冲击地压的目的。本课题从改变煤岩体应力散布和能量释放模式入手，通过人为制造空洞等工程缺点（能量释放规模和程度远远超过目前的常规方法），达到操纵冲击煤岩体能量稳固、有序释放的目的，实现冲击地压的有效操纵。冲击地压的防治应依照应力场的散布，重点研究能量释放模式，即煤岩体能量如安在必然的时刻内稳固释放18-230岩石（煤体）是一种含有多裂纹的高度非均匀材料，由于研究岩石（煤体）非均匀性在数学上的困难，长期以来有关岩石（煤体）破裂进程的力学分析方式， 大多仍然成立在宏观持续介质力学理论的基础之上， 将原始缺点 （节理、裂隙、断层）等作平均化处置。尽管这种简化能够带来数学处置上的方便，可是却难以用这种方式来研究岩石（煤体）破裂进程中显现的非均匀应力场的转变（包括变形局部化现象），而这种非均匀应力场的显现那么正是研究失稳预兆规律的核心内容。同时，其结果可能远远偏离现实岩石（煤体）复杂的真实情形，难以用于研究实际岩石（煤体）介质的破坏问题。采纳岩石破坏进程分析软件（ANSYSANSYS）, ,可实现对裂纹缺点和孔洞缺点（本课题概念为工程缺点）致使的岩石（煤体）中新的裂纹孕育、繁衍、萌生、扩展和贯通机制的研究，和由此引发的工程岩体宏观应