基于结构动力学理论的矿震机理分析
罗生虎1
闫壮壮2
解盘石2
伍永平2
王红伟2
朱广安2
王同3
田程阳2
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 710054;陕西省岩层控制重点实验室,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;陕西省岩层控制重点实验室,陕西西安 710054;西安科技大学能源学院,陕西西安 7100543.安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001
摘要：矿震是地下煤层开采中较常见的动力学现象,揭示矿震的力学原理是其灾害评价、预测及防治的前提和基础,采用理论分析方法,探讨了矿震的力学原理与主控因子,研究了矿震中覆岩的下沉-振动响应特征,及其作用下覆岩应变能、重力势能和动能的演变机理.结果显示:在结构动力学视角下,矿震是一类典型的自由振动,由坚硬岩层破断等采场煤岩结构子系统的瞬时失稳触发,由采场煤岩结构瞬变后的初始状态驱动,不需要外部能量的输入,耗散采场煤岩自身的势能(重力势能+应变能),受控于采场煤岩结构的力学性能与力学环境及其对应的瞬变特征.对于结构瞬变区域上方的覆岩,受坚硬岩层破断影响,覆岩载荷转递路径发生改变,采空区上方关键层上、下表面的承载量瞬时减小,采空区外侧关键层上表面的承载量瞬时增大.受此影响,关键层及其上覆岩层下沉-振动,其任意时刻的速度、位移和弯曲应变能线密度等响应特征均呈现出波动特性,且都以震源为中心迅速衰减.并且,在任意振动周期内,除了有能量的耗散外,亦存在不同能量间的相互转换;在第1个1/4周期内,重力势能向动能和应变能转换;在第2个1/4周期内,重力势能和动能向应变能转换;在第3个1/4周期内,应变能向重力势能和动能转换;在第4个1/4周期内,动能和应变能向重力势能转换.基于上述的理念,可以更直观地理解矿震中采场空间不同区域煤岩力学响应的发生机理及其内在关联等,为煤岩动力灾害的防控提供了新思路和新视角.
关键词：矿震结构动力学结构瞬变自由振动力学原理
分类号：TD32(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(52474149)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：2025-06-30
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：11( 2881-2891 )
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