断层滑移诱发巷道冲击试验与模拟研究
王学宁1
康红普2
高富强2
王晓卿2
柏建彪3
杨磊2
原贵阳2
李建忠2
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116;中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 1000132.中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013;煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 1000133.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对煤矿深部安全高效开采造成严重威胁,探究断层滑移诱发巷道冲击破坏的控制因素和本质机理对灾害防控具有重要意义.基于自主研制的煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,研发了低强高脆模型材料并制备了断层滑移型巷道冲击物理模型,提出了断层滑移的加载方法,成功再现了断层滑移诱发巷道冲击破坏全过程的地质灾害现象,辅以数值模拟揭示了断层滑移型巷道冲击地压机制.结果表明:①低强高脆模型材料以水玻璃为主胶结剂,试样平均单轴抗压强度为7.40 MPa,黏聚力为3.35 MPa,冲击能量指数为18,弹性能量指数为9.2,在单轴加载条件下能发生弹射、飞溅等典型的动力破坏,适用于模拟断层滑移型巷道冲击地压.②采用"先巷道临界加载-后断层激活加载"方案,实现了断层滑移型巷道冲击地压全过程的试验模拟.断层滑移过程具有显著的黏滑特征,对应巷道呈间歇性冲击破坏,且冲击破坏过程极其短暂.巷帮小颗粒弹射为巷道冲击破坏的显著前兆特征.③断层滑移型巷道冲击地压全过程的发生机制为:断层在剪断过程中锁固结构发生渐次破断激发震动波—震动波呈衰减方式传播至巷道围岩—震动波诱发高应力巷道围岩应变能释放发生冲击破坏.④断层滑移激发的震动波是断层滑移型巷道冲击地压的直接触发因素,断层滑移型巷道冲击地压发生的主要能量来源于巷道围岩释放的应变能,其中30％转化为滑动摩擦能,用于裂隙扩展使岩体破碎,5.6％转化为冲击动能,用于破碎块体弹射冲出.
关键词：断层滑移巷道冲击破坏低强高脆材料黏滑震荡震动波传播
分类号：TD353(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：2025-08-31
在线出版日期：2025-09-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 3843-3856 )
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