采动诱冲动能估算及冲击危险性评价.pdf

第4 6 卷第1 期 2 0 2 1 年1 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 6N o ．1 J a l l ．2 0 2 l 采动诱冲动能估算及冲击危险性评价 谭云亮1 ”，王子辉1 ”，刘学生1 ”，王存文3 1 ．山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，山东青岛2 6 6 5 9 0 ；2 ．山东科技大学能源与矿业工程学院，山东青岛 2 6 6 5 9 0 ；3 ．山东能源集团，山东济南2 5 0 0 1 4 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一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，塑性区宽度越大，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；若开采进尺越大，则产生动能就越高，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， 这将更有利于判断冲击危险性程度。 关键词采动；动能；危险性评价；冲击地压；支承压力；煤体刚度 中图分类号T D 3 2 3 ；T D 3 2 4文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 0 卜0 1 2 3 0 9 E 酬I 眦a Ⅱo no f 由m a l l l i c 蚰e r g yi n t h c e db yc o mm i I l i n g 锄de 删u a t i o no fb 哪葛tr i s k T A NY u n l i a n g 。”，W A N GZ i h u i1 ”，L I UX u e s h e n g ‘”，W A N GC u n w e n 3 1 ． 眦研如概如哆矿肋h 打l gD 缸∞灯P ，批，”面帆口，l dc o 眦r o jC 咖Ⅱ砌甜妨s I l 口厅如昭P ，o l 由柳口以舭胁n b 町矿＆如，黜口n d 孔如，l o l c 0 影，s J l 口n 如略 ‰砂矿＆沥W 口以死如n 蝴，Q 打唧切2 6 6 5 9 0 ，仇打m ；2 ．c 以秽矿脚口蒯胁砌皤踟和咖，‰，l 出昭‰矗％渺矿s c 如n c e 口以死如舶- g y ，Q i 咖2 6 6 5 9 0 ，m “m ；3 ．‰n 如昭脚G r o 叩，西m ，l2 5 0 0 1 4 ，c 白m A b S t m c t A st h eb a s i cm e c h a n i c a lm e c h a n i s mo fc o a lb u m pi nc o a lm i n e ，e n e r g ya c c u m u l a t i o na n dr e l e a s eh a V eb e - c o m eo n eo ft h ef o c u s e si nt l l ea c a d e m i ca n de n 西n e e r i n gf i e l d si nr e c e n ty e a r s ．H o wt oa d V a n c et h ep r e s e n ts i t u a t i o no f d e f o 咖a t i o ne n e r g yi n d u c e dd i s 鹪t e rm e c h a n i s mb a s e do nt r a d i t i o n a ls t r e s s - s t m i nc u n r ea n dr e s e a r c ht h ek i n e t i ce n e r 钉 d r i v i n gm e c h a n i s mi sab o t t k n e c ko fl e a m i n gc o a lb u m ps c i e n t i f i c a l l y ．A c c o r d i n gt ot l l ec h a n g eo fa b u t m e n tp r e s s u r e c a u s e db ym i n i n ga n dt h em t i o n a l eo fm i n i n gd i s t u r b a n c e ，t h ea u t h o r sd e d u c e dac a l c u l a t i o nm e t h o do fm i n i n gk i n e t i c e n e E 盯，o b t a i n e dt h er e l a t i o n s h i pb e 伽e e nk i n e t i ce m r g ra n dd e p t h ，访d t ho fp l 弱t i cz o n e ，a n da d V 锄c i n gd e g r e e ，卸d p u tf o r w a r dar i s ka s s e s s m e n ti n d e xo fm i n i n gk i n e t i ce n e r g y ．I tw a sf o u n dt h a tt h er e l e a s eo fh i g hs t 随i ne n e r 科c 叫s e d b yc o n c e n t r a t e da b u t m e n tp r e s s u r ei so n l yan e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rc o a lf 萄l u r e ，t h er e l e a s ea n dt r a n s f o 珊a t i o no fs 咖i n 收稿日期2 0 2 卜O 卜O l修回日期2 0 2 卜O 卜l O责任编辑郭晓炜D O I I O ．1 3 2 2 5 ／j ．c nk i ．j c c s ．2 0 2 1 ．0 0 l O 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 2 0 7 4 1 6 8 ，5 1 8 7 4 1 9 0 ；山东省重大科技创新工程资助项目 2 0 1 9 S D z Y 0 2 作者简介谭云亮 1 9 6 4 一 ，男，山东临朐人，教授，博士生导师。E m a i l y u n I i ∞g I ∞ 1 6 3 ．c o m 通讯作者王子辉 1 9 9 1 一 ，男，山东聊城人，博士后。E m a i l w ∞昏i h u i l 2 3 4 1 6 3 ．c Ⅲ 引用格式谭云亮，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，2 0 2 l ，4 6 1 1 2 3 一1 3 1 ． T A NY u n I i 锄g ，W A N GZ i h u i ，U UX u e s h e n g ，e ta 1 ．E s t i m 砒i 仰o f d y n 枷i ce n e r g yi n d u c e db yc o a lm i n i n ga n de v a l - u a t i o no fb 吣tr i s k [ J ] ．J o u m a lo fc h i n ac o a lS o c i e t y ，2 0 2 l ，4 6 1 1 2 3 一1 3 1 ． 移动阅读 万方数据 1 2 4 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 e n e r g yi n t ok i n e t i ce n e r g yi sas u f f i c i e n tc o n d i t i o nf o rc o a ld y n a m i cf a i l u r eo rc o a lb u m p ．B yd e d u c i n gt h ek i n e t i ce n e 卜 g yc a l c u l a t i o nf b 珊u l ac a u s e db ya b u t m e n tp r e s s u r ec h a n g ew h e nt h ea d v a n c eo fc o a lf a c ei sl e s st h a no rg r e a t e rt h a n w i d t ho fp l a s t i cz o n e ．I tw a sf b u n dt h a tk i n e t i ce n e r g yw i Ub eg e n e r a t e dw h e nm i n i n ga d v a n c ei sl a r g e rt h a n0 ．8t i m e s t h ew i d t ho fp l a s t i cz o n e ．W h e nm i n i n ga d v a n c ei sac o n s t a n t ，t h eg r e a t e rt h ew i d t ho fp l a s t i cz o n e ，t h e1 e s st h ek i n e t i c e n e r g yt r a n s f 色I T e d ．T h e r e f ．o r e ，s u c hm e a n st oi n c r e a s et h ep l a s t i cz o n ew i d t ha sl o o s eb l a s t i n g ，l a r g ed i a m e t e rb o r e h o l e p r e s s u r er e l e a s i n ga n do t h e r s ，a r ec o n d u c i v et o t h er e d u c t i o no fk i n e t i ce n e r g y ．T h el a 唱e rt h em i n i n ga d V a n c e ，t h e h i g h e rt h et r a n s f e r r e dk i n e t i ce n e r g r ．T h e r e f o r e ，r e d u c i n gm i n i n ga d V a n c ei sc o n d u c i V et or e d u c i n gt h et r a n s f e r r e dk i n e t i ce n e r g y ．A l s o ，t h er e d u c t i o no fm i n i n gv e l o c i t yo rt h er e d u c t i o no fm i n i n ga d v a n c ei sb e n e 6 c i a lt or e d u c ek i n e t i c e n e r g y ．I tp r o v i d e saq u a n t i t a t i v em e t h o df o rd e t e 珊i n i n ga l l o w a b l ea d v a n c eo fc o a ls e a mw i t hd i f k r e n tc o a lb u m pd e - g r e e ．T h er a t i o o ft h ek i n e t i ce n e r g yp e ru n i tv o l u m eo fc o a lt ot h ee l a s t i cs t r a i ne n e I 苫yw a sd e n n e da sar i s ka s s e s s - m e n ti n d e xo fk i n e t i ce n e r g yi m p a c t ，w h i c he m p h a s i z e st h ed r i v i n gm e c h a n i s mo fk i n e t i ce n e r g ya n di sm o r ec o n d u c i V e t oj u d g et h er i s kd e g r e eo fc o a lb u m p ． K e yw o r d s c o a lm i n i n g ；k i n e t i ce n e r g y ；r i s ka s s e s s m e n t ；c o a lb u m p ；a b u t m e n tp r e s s u r e ；c o a ls t i f h e s s 冲击地压已经成为我国煤矿主要灾害之一。0 j 。 如2 0 2 0 一0 2 2 2 ，山东新巨龙能源有限责任公 司一8 1 0m 水平二采区南翼2 3 0 5 s 综放工作面上平巷 发生了一起较大冲击地压事故，造成4 人死亡，4 9 6m 巷道发生不同程度的破坏 上平巷4 3 0m 、三联巷 6 6m ，其中严重破坏段1 1 8m “ J 。目前，普遍认为冲 击地压发生的条件主要为强度条件 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 煤岩体中要不断聚集能量，并且能够 突然释放 、煤岩体具有冲击倾向性 发生冲击破坏 的能力 旧J 。由于采掘空间围岩贮存的能量释放是 造成动力现象的力学根源，近些年来，基于采掘引起 围岩能量的积聚与释放规律指导冲击地压防治成为 研究的热点之一。如窦林名等∽。1 川提出了冲击地压 的强度弱化减冲理论，通过电磁辐射来监测积聚和释 放能量的大小，当接近最小冲击能时，利用卸压爆破 释放煤体中所积聚的大量弹性能，以达到降低冲击危 险的目的。姜耀东等2 。”1 基于非平衡态热力学和耗 散结构理论，阐述冲击地压孕育过程中“煤体一围岩” 系统内能量集聚及耗散特征，提出了基于能量突变的 深部煤岩体动力失稳的模型与判别准则和能量分析 体系。潘一山等6 。“ o 推导了圆形巷道发生冲击地压 所释放的弹性能，并提出了考虑时间效应的冲击能量 速度、临界软化区域系数、临界应力系数3 项指标，提 高了煤层冲击危险性评判的可靠性。姜福兴等u 8 。1 9 1 运用微地震监测技术监测开采过程中围岩的三维破 裂过程，为监测和预报冲击地压提供了基础数据。 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，笔者将尝试根据回 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。 1 采动煤体内动能计算原理 围岩系统积聚的总形变能E 。可以分为以下3 个 方面①一部分形变能玩耗散掉，促使煤体产生塑 性变形与破坏，即以做功的方式耗散掉，这是导致煤 体破裂的根源心叫；②一部分将转化成动能鼠释放 掉，这是诱发煤体产生动力失稳的根源；③其余的能 量E ，则残存在煤体中，即 E 。 E d E k E ， 1 如图1 所示，△ 为△F 所引起的位移，假设开采 前支承压力影响范围内总作用力为R ，相当于作用 于刚度为K 的弹簧上，此时该系统具有能量玩为 E 0 鹾／ 2 K 2 不考虑流变及开采时效影响，即开采为瞬时完 成；开采后，支承压力作用于煤体上的力F 。 F 0 △F ， 增量为△F 图1 。此时，集聚在支承压力影响区内 的总能量E 。为 耻纂 掣咄【 筹 ㈤2 】 5 2 K2 Ku 【n ＼f i ／j 3 由于把开采视为瞬时完成，即认为加载△F 增量 瞬间完成，此刻弹簧系统运动表现为在新平衡点戈。 △∥K 的附近产生振动 戈 △F [ 1 一c o s 乒 ] ／K 4 其中，菇为由原始平衡位置引起的位移；f 为常数， f ∥m 硌／F 。；g 为重力加速度；￡为时间。 则由载荷F 。在新的平衡位置‰处具有的最大 万方数据 万方数据 1 2 6 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 式中，z ，为单位工作面长度，lm 。 2 ．1 ．2 进尺△f 大于塑性区宽度尺。 如图4 所示，当埋深较浅或煤体强度高时，煤层 在支承压力作用下塑性破坏区较小，此时将会出现进 尺△f 大于塑性区宽度R 。的情形。 卜y 日 ，； ◆7 ／、’、、＼} ；； 图4进J 弋△Z 月．．时煤俸党力分价懊型 F 培4S t r e s sa n a l y s i sm d e l f o a l l l l a s sw 1 1 e n 【1 1 ef o o t a g e △Zi sn l o r et h a nt h ew i d t ho f t h ep l a s t i cz o l l e 尺。 开采推进△f 前，煤体受力F 为 F [ 圭 i 生L _ _ j 二』；；j 业 2 y 爿] 坠掣 y 删 11 开采推进△f 后，煤体受力为 F 峨2 警 y ⅢI 1 譬 1 2 F 2 △F 2 J 字 y 日 七。 1 ≠ 1 2 式中，△R 为进尺△f 大于塑性区宽度尺。时，支承应 力增量，则△F 为 蝇半 y 毗 1 譬一 『丛生丛竽型协H1 【兄， 。 J 坠掣一y 删 1 3 文献[ 2 1 ] 研究表明，R 。．和尺。宽度近似满足尺。 3 R 。，取集中系数矗。 2 ．5 ，则△F 转化为 △F y H c 6 ．5 R ，一△z ，一[ 兰丝掣] 掣叫 2 △f 。5 民一瓮 ⋯ 此情况下，△f 的取值范围在 尺“ 尺。， R 。 ，即△f 取值范围为 尺4 尺。， 。由式 1 4 得，在此区问内 △F 是单调递增的；且当△f _ R 。时，△，2 O ．2 5 y 舰，， 此情况下△F 始终大于0 ，则单位工作面长度下所积 聚的动能E 为 驴去H 2 扯“ 篑 ] 2 △f 锋 1 5 2 ．1 ．3 算例分析 煤层、开采深度不同，其塑性区的宽度尺。也不 同。为了分析不同塑性区宽度尺。不同进尺△f 条件 下，支承压力影响范围内动能大小及其变化规律，取 埋深8 0 0I n ，容重为2 50 0 0N ／m 3 ，即自重应力为y 爿 2 0M P a ，取煤体刚度为其弹性模量K 2 ．0G P a ，考察 R 。， 6 ～2 0t n 条件下，支承压力影响范围内动能的变 化情况，如图5 所示，由于能量的数值较大，所以图5 中纵坐标取以1 0 为底的对数。可以看出在塑性区 宽度一定情况下，进尺越大，产生的动能就越大，因此 限制推进速度是防治冲击动力灾害的工程要求。当 进尺一定时，塑性区宽度越大，产生的动能就越小，因 此在推进速度一定情况下，通过钻孔卸压、水压致裂 和松动爆破等方式增加塑性区宽度，是有效抑制动能 产生，防治动力灾害的有效途径。 进尺／n 1 a 尺。 6 ～1 0 ⋯ 进尺／m b 月。 1 1 ～l5 m 进尺／m 图5 埋深8 0 0m 时不同尺。△f 动能变化 F j g 。5 K i n e t i ce n e r g yc h a f l g eu n d e r 1 i f k r e n l 尺。a 1 1 1 △fa l l 】u r i e d 1 e 1 l h f8 0 0m 由图5 可以看出，对于不同塑性区宽度，随着进 尺增加，系统动能都呈现出增加的趋势，但随着进尺 万方数据 第l 期潍云亮等采动诱冲动能估算及冲。} i 危险性评价 1 2 7 的增加其动能增加量呈现出先“近似同步”后分离的 现象。如当塑性区R 。 6 ～1 0 T 1 时，在进尺△f ≤2 0m 前近似同步；当塑。陀区R ．． 1 l ～1 5m 时，在进尺△f ≤ 3 2m 前近似同步；当塑性区尺。 1 6 ～2 01 1 1 时，在进 尺△f ≤4 5m 前近似同步。这说明，当推进进尺超过 塑性区范围时，支承压力区内应力调整与动能转换主 要受控于煤体弹性区域，此刻一旦形成强动能，要么 煤体承受动能的能力特别强不至于破坏；要么发，{ 三煤 体强烈弹脆性破坏，形成强动压冲击。 图6 给出了不同塑性区宽度尺．，下形成不同级别 的动能所需进尺，曲线拟合公式为 L ．‘ 0 ．8 0 25 尺，， 0 ．3 6 08 ，E 1 0 4J L o ．8 0 89 R 。 o ．8 5 06 ，E 1 0 5J L i o ．8 2 75 R 。 2 ．2 2 25 ，E 1 0 6J E o ．7 5 79 尺。 8 ．1 3 45 ，E 1 0 7J 式中，d 为系数。 而不论进尺为多大，开采后的支承压力分布状态是 一致的；所以下面将分析进尺后，塑性区范围内支承压 力增髓△F 。和弹性区范围内支承压力增量△f ．分别对 动能的贡献，以此来确定计算时如何考虑刚度变化。 2 ．2 ．1 进尺△，小于塑性区宽度尺。 当△f 尺．，时，塑性区范围内原支承压力状态如 图7 中A E F C D 阴影所示，随着△f 的增大，阴影4 B C D 的面积逐渐减小，而阴影B E F C 的面积逐渐增大。并 且根据2 ．1 ．1 节，△f 要大于0 ．8 Rn ；所以此情况下，塑 性区范围内，对于原支承压力状态，阴影B E F C 占主 要部分，积分求解该支承压力为 1 6 F j [ y H 后。 1 2 1 1 生生二二二j P ] 金 1 8 式中，一为进尺前塑性区范围内支承压力。 式中，L j ，L ，￡i ，L i 分别为1 0 4 ，1 0 5 ，1 0 6 ，1 0 7J 的动能 所需进尺随塑性区宽度变化的拟合公式。 图6 不l 司塑性区≯￡发R 。F 形成不l 川级别的动能所需进J t F i g ．6F o o l d g PI ’e q u i l ．e 1 l f 0 1 1 1 1 1 i f k r e n ll P v e l s fk i n e t i cP 1 1 P 1 1 9 y L J n 1 e r j i m r P n tp l a s t i cz o n Pw i 1 t h s 尺I ， 由图6 可以看出，对于既定动能量级，塑性区越 大，需要达到的进尺就越大，呈线性增加关系。或者 对于塑性区较小的情形下，小的进尺也能够产生较高 的动能。在塑性区不变时，开采进尺越大，形成的动 能就越大。因此，在煤体塑性区范围较小的情况下， 务必要从埋深、煤体强度等角度综合考虑，不仅要从 开采推进速度上进行限制，降低形成动能量的大小； 而且要进行松动爆破等手段人为增加塑性破坏区宽 度，形成一定阻隔动能的防护结构。 2 ．2 塑性区内煤体刚度为线性变化情形 在实际开采过程中，靠近工作面的煤体较为破 碎，其刚度较低，在塑性区范围内呈现逐渐增大的趋 势；在弹性区范围内基本保持不变 图2 K 黔囊州” ㈣， ／／j ’| ≯ ∥＼ D ∥套 ．| _ _ F 1 ，H 刮∥。 j j 殇 △，￡ 万方数据 1 2 8 煤炭学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 F j ．。。 y H R ．， 2 1 刚度为1 ．8 1 25G P a 。依旧取埋深8 0 0m ，考察尺．． o 火＼＼＼ 6 ～2 0m 条件下，支承压力影响范围内动能的变化 情况，如图9 所示。呵以得出，取煤体平均刚度进 行计算时，与取恒定的煤体刚度相比 图5 ，所积 ／ ’、＼ 聚的动能变化很小，因此在实际工程中可选取煤体 A 厂D口y H 刚度为常量进行动能计算。 嬲 △，L 万方数据 第1 期谭云亮等采动诱冲动能估算及冲．1 i 危险。陀评价 1 2 9 2 4 2 2 2 0 l8 曼1 6 ≥1 4 剖1 2 1 0 8 6 4 2 2 2 0 8 1 6 考1 4 菊1 2 l O 8 6 4 魁性区宽度／m b 6 0 0 m 塑性区宽度／m d 12 0 0m 庐1 0 3 E 兰l o 庐l O 、 庐1 0 6 E O8E 31E O 6E 0 4 O ‘ O “ 0 7 2 4 2 2 2 0 8 乓1 6 1 4 剖1 2 1 0 8 6 4 E O ．7 2 77E 1 ．9 0 83 ￡ O ’ 0 4 0 ‘ 65 0 86 ￡ 1 0 6J 塑性区宽度／m c 9 0 0 m 耀性区宽』望／m e l5 0 0m E ￡ ￡ E ￡ ￡ ￡ F 图1 0 不同埋深、不同塑性区宽度R 。，下形成彳同级别的动能所j 爵进尺 F i g ．10F o o t a g Pr e q u i r e 1l of o r n l ‘1 i “0 r e n t 】P V e l so fk j n P t i ‘e n e 。g yu n 1 P I ’ 1 订1 f e r e n tI l a s “ 1z | 1 ‘‘w i 1 l h s 凡a n 1h u f i e 1d e p t h s 因此开采引起围岩内变形能集聚与释放是产生冲击 地压的必要条件；若释放变形能一部分转化为塑性功 导致围岩破坏，另一部分转化为动能，将会产生冲击 动力现象，且转化的动能越大，冲击动力危害程度就 越高，因此变形能集聚转化较大动能并释放是产生冲 击动力灾害的充分条件。 3 冲击危险性动能评估指标 上述计算的是支承压力所引起的总动能，同时， 还应考虑煤层厚度『2 的影响。煤体上荷载给予的能 量是一定的，总能量E 。是不变的，显然煤体厚度 越 大，其单位体积煤体能量密度形．．就越小，因此其单 位体积煤体所承受的动能肜，。也就越小。上述支承 压力变化影响范围内煤体的体积为4 州，尺。则在上述 2 种情况下睨。分别为 0 4 O ‘ 0 6 0 7 0 4 0 5 0 6 0 7 畈 镟尝 篆一， ，o ．s q 嘏尺， 2 7 吮瞠莩州碣， 2 8 式中，彤j 。为进尺小于塑性区宽度时单位体积煤体所 承受的动能；形j } I 为进尺大于塑性区宽度时单位体积 煤体所承受的动能。 冲击动能是弹性能的一部分，若其所占弹性能的 比例越高，就越有可能释放，冲击危险的概率也会越 大，而单位体积煤体所能够贮存的弹性能可由室内实 验确定，如图1 1 所示，其中，∽为单位体积煤体耗散 能，∽为各主应力方向弹性能，计算公式为 丝加 4 、呈 墨肿 附a m 峨● 挖加旧m H 陀m 0 6 4 万方数据 1 3 0 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 u 。 盯。占i 盯占； 盯，占； 2 9 s ； [ 盯。一Ⅳ。 盯f 盯 ] 3 0 s i i ■【盯。一Ⅳ。L 盯f 十盯 J L j uJ 凸i 其中，u 。为单位体积煤体弹性能；s ；为各主应力方向 弹性应变；盯l ，盯2 ，盯3 为第l ，2 ，3 主应力；E i 和∥。分 别为卸载时的弹性模量和泊松比，可由加卸载实验确 定；盯i ，盯i ，盯E 为主应力，当扛1 时，， 2 ，丘 3 ；当江2 时，J 1 ，丘 3 ，依此类推。假设服从各向同性分布，且 矿 盯，相等，则式 2 9 可简化为 u 。 寺[ 仃； 2 盯；一2 矽 2 盯- 盯， 盯； ] 3 1 王俊等‘2 2 1 提出根据矿井采掘活动过程中每个煤 体单元煤体所积聚的弹性应变能与冲击地压启动能 量阈值之比，判断冲击危险性；但并没有具体给出如 何获得煤体单元煤体所积聚的弹性应变能。在此， 令阢。与u 。的比值为P ，即冲击危险性动能评估指 标 P 鲁 3 2 图1 1 能量密度计算不意 F i g ．1l S c h e m a t i cd i a g r a mo fe n e I g yd e n s i t yc a l c u l a t i o n 在理论分析的基础上，直接求得动能大小，考虑 其实际开采情况，可根据动能冲击危险性评估指标P 的大小判定冲击危险性。参照弹性能量指数 单轴 压缩状态下破坏前煤试件弹性变形能与塑性变形能 之比 或冲击能量指数 单轴压缩状态下煤试件峰前 积聚的变形能与峰后损耗的变形能之比 ，令P 0 ．3 时，则该煤体区域无冲击危险性；0 ．3 ≤P 0 ．5 时，此 区域具有轻微冲击危险性；当O ．5 ≤P 0 ．7 时，具有 中等冲击危险性；P ≥o ．7 时，具有强冲击危险性。 4 结论 1 工作面超前支承压力集中产生高变形能的 释放是煤体破坏的必要条件，而支承压力变化引起变 形能转化形成的动能是驱动煤体发生动力破坏失稳 的充分条件。 2 通过对开采进尺△Z 分别小于和大于塑性区 宽度R 。时支承压力变化所引起的动能计算公式推 演，得到了产生动能的力学条件是进尺△f 需大于 0 ．8 倍的塑性区宽度尺。、。 3 当开采进尺△z 一定时，塑性区宽度尺。，越 大，产生的动能就越小，因此采用钻孔卸压、水压致裂 和松动爆破等方式增加塑性区宽度，可有效抑制动能 的产生，降低动力冲击灾害程度。 4 开采进尺△z 越大，产生动能就越高，降低推 采速度有利于减少动能的产生。提出的开采进尺与 动能量级之间关系，为定量确定安全进尺提供了估算 方法。 5 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，更有利于判断冲击危险性程度，此方面 研究尚需进一步深化。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ] 钱七虎．岩爆、冲击地压的定义、机制、分类及其定量预测模型 [ J ] ．岩土力学，2 0 1 4 ，3 5 I I 一6 ． Q I A NQ i h u ．D e 6 n i t i o n ，m e c h a n i s m ，c l a s s i n a t i o n a n dq u a n t j l a I i v e f o r e c a s tm o d e lf o rm - kb u r s la n d p r e s s u r eb u m p [ 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