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冲击地压是聚集在岩煤体的弹性能突然释放的一种动力现象,其发生在受载煤岩体的残余变形阶段。弹性能释放的猛烈程度可用于判断冲击地压是否发生及其显现强度。一般当煤体单位时间释放弹性能达到1.25J/m3时冲击地压就会发生。
由于问题的复杂性,从以往研究来看围岩积聚与释放的能量,多集中在应变能总体释放的层面来探讨冲击地压问题,较少直接通过动能分析冲击地压孕灾机理。由于回采工作面开采,将导致作用在煤层上的支承压力不断向煤体前方迁移,由此引起支承压力范围内煤体形变能产生变化。因此,山东科技大学谭云亮教授在《煤炭学报》2021年第1期撰文“采动诱冲动能估算及冲击危险性评价”,尝试根据回采工作面开采所引起的支承压力分布的变化计算动能,并由此判定发生冲击地压的危险性。为方便大家深入了解本文内容,《煤炭学报》邀请谭云亮教授通过视频对相关成果进行了详解。
视频讲解
创新点
(1)导出了开采导致煤体内产生动能计算方法,提出工作面超前支承压力集中区产生的高变形能的释放是煤体破坏的必要条件,而支承压力变化促使变形能释放转化形成的动能是驱动煤体动力失稳的充分条件。
(2)得到了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系,为定量确定防冲安全开采进尺提供了方法。
(3)提出了冲击危险性动能评估指标,使得判定冲击危险性程度更为科学有效。
作者简介
谭云亮,男,1964年7月10日生,山东临朐人,山东科技大学二级教授,博士、博士生导师,山东省矿山空区治理与环境保护协同创新中心主任、山东省冲击地压防治智能化技术及装备工程实验室主任、山东省高校力学首席专家、山东科技大学冲击地压防治研究院院长;首批新世纪百千万人才工程国家级人才、享受国务院政府特殊津贴专家、国家安全生产专家、煤矿安全应急救援专家、教育部矿业类教学指导委员会委员、山东省有突出贡献中青年专家、泰山学者特聘专家、山东省高端智库专家;中国煤炭工业安全科技学会常务理事、顶板防治专业委员会主任,中国力学学会理事、山东省力学学会副理事长,中国岩石力学与工程学会理事、山东岩石力学学会副理事长,中国煤炭工业协会技术专家委员会委员;山东省富民兴鲁劳动奖章获得者、山东青年五四奖章获得者、中国岩石力学与工程青年科技奖(金奖)获得者、中国科教发展基金会孙越崎青年科技奖获得者;《能源科技》副主编、《岩石力学与工程学报》《采矿与安全工程学报》《地下空间与工程学报》《煤炭科学技术》《采矿科学学报》《采矿与岩层控制工程学报》等编委。出版著作11部,公开发表学术论文260余篇,获得国家及省部级科技进步奖励24项,授权发明专利58项。
研究方向
冲击地压防治,煤矿巷道支护理论与技术
摘 要
能量积聚与释放作为煤矿冲击地压发生的基本力学机制,成为近些年来学术界与工程界关注的热点之一。如何突破传统的以应力-应变曲线为基础的形变能诱灾机理现状,探讨动能驱动诱冲机理是科学解答冲击地压的瓶颈。
根据回采工作面开采所引起的支承分布压力变化,基于开采扰动原理,推导了因采动导致煤体内产生动能计算方法,得到了不同深度、不同塑性区宽度、不同推进度与所产生动能之间关系,提出了冲击危险性动能评估指标。
研究表明,工作面超前支承压力集中区产生的高变形能的释放是煤体破坏的必要条件,而支承压力变化促使变形能释放转化形成的动能是驱动煤体动力破坏失稳的充分条件;通过对开采进尺小于和大于塑性区宽度时支承压力变化所引起动能计算发现,当开采进尺大于0.8倍的塑性区宽度时将开始产生动能。
当开采进尺一定时,若塑性区宽度越大,则产生的动能就越小,因此松动爆破、大直径卸压钻孔等手段增大塑性区宽度有利于动能的降低;开采进尺越大,产生动能就越高,因此,降低推采速度减少进尺有利于降低产生的动能,基于获得的开采进尺与动能量级的关系,可以定量给出满足防冲要求的安全开采进尺,这为解答如何确定不同冲击地压煤层容许进尺提供了定量方法。
根据单位体积煤体所承受动能与单位体积煤体所能够贮存的弹性能的比值,定义冲击危险性动能评估指标,强调动能驱动机制,此将更有利于判断冲击危险性程度。
部分图片
能量计算模型
工作面超前支承压力分布
进尺△l小于塑性区宽度Rp时煤体受力分析模型
进尺△l大于塑性区宽度Rp时煤体受力分析模型
埋深800m时不同Rp,△l动能变化
不同塑性区宽度Rp下形成不同级别的动能所需进尺
△l小于Rp时塑性区范围内原应力计算示意
△l大于Rp时塑性区范围内原应力计算示意
平均刚度下埋深800m时不同Rp、△l动能变化图
不同埋深、不同塑性区宽度Rp下形成不同级别的动能所需进尺
能量密度计算示意
来源:
谭云亮,王子辉,刘学生,等. 采动诱冲动能估算及冲击危险性评价[J]. 煤炭学报,2021,46(1):123-131.
TAN Yunliang,WANG Zihui,LIU Xuesheng,et al. Estimation of dynamic energy induced by coal mining and evaluation of burst risk[J]. Journal of China Coal Society,2021,46(1):123-131.
编辑整理:郭晓炜
审核:常 琛
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