冲击地压的煤岩动力学物理模拟相似原理
窦林名1
阚梓豪1
曹安业1
鞠明和2
王桂峰1
何江1
康建宏3
黄传甫4
马衍坤5
王恩元3
王汉鹏6
张志镇7
闫晨龙1
李浩丙1
南天琦1
彭程阳3
简磊磊1
1.中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学江苏省矿山地震监测工程实验室,江苏徐州 2211162.中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州 2211163.中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州 2211164.中国矿业大学材料与物理学院,江苏徐州 2211165.安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 2320016.山东大学隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室,山东济南 250061;山东大学齐鲁交通学院,山东济南 2500617.中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏徐州 221116;中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏徐州 221116
摘要：冲击地压是一种在动、静载荷叠加作用下发生的突发性动力灾害,具有破坏过程剧烈、能量释放集中、发生机制复杂等特点,对矿井安全生产构成严重威胁.为在实验室中真实再现冲击地压的破坏过程并揭示其动力学本质,仅依赖现有静力学相似原理的物理模拟方法难以全面揭示冲击地压的动力学特征.为此,以冲击地压的动力致灾机理为研究对象,提出了一种以加速度相似比为核心的煤岩动力学相似准则体系,旨在构建可真实反映冲击地压动力学响应特征的物理模拟理论框架.通过量纲分析的方法,对冲击地压过程中的关键指标进行了系统分析.以加速度相似比作为核心控制参数,推导建立了冲击地压动力学相似准则的理论方程组,构建了包含应力相似比、弹性模量相似比、时间相似比及应变率相似比在内的动力学相似准则系数体系.通过引入动力学相似准则系数,分析了其与各相似比之间的耦合关系与约束条件,形成了物理模型的冲击倾向性相似判据体系.结合相似理论推导结果,对不同几何相似比条件下的模型强度曲线演化规律进行了归纳分析,明确了动力学相似准则的适用范围与参数取值区间.研究表明:动力学相似准则系数是控制动力学相似关系的关键参数,其取值直接决定模型惯性响应与能量传递的相似性,确定了动力学相似准则适用的最优几何相似比与物理模型的波速相似比.提出的冲击地压煤岩动力学相似原理突破了传统静力学相似理论的局限,实现了对惯性效应和能量释放行为的量化描述,为冲击地压动力学物理模拟试验提供了理论依据.
关键词：冲击地压相似准则物理模型动力学相似模拟
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52227901)国家重点研发计划(2022YFC3004603)江苏省国际科技合作/港澳台科技合作计划重点国别产业技术研发合作项目(BZ2024024)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：19( 274-292 )
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