应力流时空演化致冲机制的试验与数值研究
刘驰1
江星宇2
李海涛1
穆鹏宇1
刘化广3
袁红辉3
齐庆新1
王守光1
1.煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院,北京 1000132.煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院,北京 100013;煤炭科学研究总院,北京 1000133.煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院,北京 100013;煤炭科学研究总院,北京 100013;中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083
摘要：针对深部煤矿冲击地压灾害防治需求,聚焦采动应力时空演化机制,创新引入"应力流"概念表征应力动态重分布行为.通过实验室相似模拟试验与有限元-离散元耦合(FDEM)数值模拟相结合,系统研究了煤岩破裂过程中应力流特征及其致冲机理.试验以某煤矿冲击地压煤层为原型,基于相似理论制作类煤岩相似材料,采用钢架模型模拟地应力环境,通过千斤顶分级加卸载模拟开采过程,同步布设 50组应变花与 14组压力盒监测应力梯度演化.结果显示,加载阶段应力梯度变化平缓,模型稳定无明显破坏;卸载阶段应力梯度呈显著突增特征,最高达 270 kPa/m,且与煤岩破坏呈现强相关性,验证了应力流可作为冲击前兆指标.数值模拟再现了巷道围岩应力集中、节理单元屈服及破裂扩展过程,揭示应力流通过能量积聚速率加速与"破坏-应力重分布"正反馈机制诱发冲击地压,即初始破坏引发应力梯度二次分布,形成连锁反应,符合Griffith断裂准则能量释放规律.研究表明,应力梯度变化率是冲击启动的关键判据,应力流理论通过统筹应力时间演化与空间梯度分布,建立了采动应力时空演化与冲击地压的定量关联,为冲击危险性动态评价及主动防控提供了新思路与理论支撑.
关键词：冲击地压应力流FDEM相似模拟卸载破坏
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52374206)国家自然科学基金(52304089)天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2023-TD-ZD001-004)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 128-140 )
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