煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证
康红普1
高富强1
王晓卿1
柏建彪2
王琦3
章冲3
王襄禹2
杨磊1
娄金福1
李延辉2
王学宁4
原贵阳1
1.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 100013;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 1000132.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 2211163.山东大学,岩土与结构工程研究中心,山东济南 2500614.煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013;中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116
摘要：断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题.为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟.煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为 20 MPa,模型尺寸为 1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求.开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于 3.44～7.81 MPa,冲击能指数为 9.2,弹性能指数为 8.83,兼具低强高脆特性.基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征.实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响.
关键词：断层滑移型冲击地压试验系统低强高脆相似材料物理模拟巷道冲击破坏
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51927807)天地科技股份有限公司资助项目(KJ-2021-KCSYS-02)天地科技股份有限公司资助项目(KJ-2021-KCSYS-01)
论文发表日期：2024-09-28
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 3701-3710 )
英文信息