结构瞬变激励下覆岩应变能场和重力势能场的演变机理
罗生虎1
高佳波1
闫壮壮2
伍永平2
解盘石2
韩刚3
王红伟2
田程阳2
王同4
孙明明3
1.西安科技大学理学院,陕西西安 710054;西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部实验室,陕西西安 7100542.西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部实验室,陕西西安 710054;西安科技大学能源学院,陕西西安 7100543.中煤能源研究院有限责任公司,陕西西安 7100544.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001
摘要：揭示覆岩能量场的聚集与释放机理,是煤岩动力灾害防治的理论基础.采用模拟试验、数值计算和理论分析相结合的方法,通过构建坚硬岩层破断前、后2个稳态时的力学模型,对比分析了结构瞬变前、后采场煤岩受载的阶变特征,研究了结构瞬变激励下覆岩应变能和重力势能聚集与释放的演变机理.结果表明:受自重应力场和采动卸荷效应影响,采动影响范围内的各岩层相互作用、相互制约,存在紧密且复杂的力学联系.坚硬岩层破断诱发的结构瞬变,打破了岩层间原有旧秩序的平衡,导致岩层间的力学联系发生瞬变,覆岩载荷传递路径亦发生瞬变,覆岩的应变能场和重力势能场随之改变.并且覆岩载荷传递路径的瞬变,会对采场空间不同区域的煤岩形成不同的瞬时加、卸载,造成不同区域覆岩能量的演变特征存在差异.这其中,下位坚硬岩层破断后,破裂面内力的瞬时卸载和覆岩载荷传递路径瞬变形成的瞬时加载,使其邻近采空区的部分区域瞬时向上回弹、释放应变能,回弹区以里的部分区域瞬时下沉、释放重力势能.与此同时,结构瞬变区域支撑载荷的瞬时卸载,使上位坚硬岩层瞬时下沉、变形量骤增,重力势能释放而应变能聚集.本质上,结构瞬变激励下采场煤岩的动力学响应过程,是采场煤岩原有时空结构被打破后向新时空结构演化的动力学过程,存在应变能、重力势能和动能的相互转换,并伴随有应变能和重力势能的聚集与释放.且整体而言,覆岩应变能的释放区域较小,主要集中在瞬时卸载区,其余区域瞬时增大;而重力势能的释放范围较大,仅在下位坚硬岩层的回弹区域略有增大.
关键词：结构瞬变应变能重力势能聚集与释放煤岩动力灾害
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52274139)国家自然科学基金(51974227)陕西省杰出青年科学基金资助项目(2023-JC-JQ-42)
论文发表日期：2025-02-28
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：13( 768-780 )
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