大倾角煤层长壁开采工作面飞矸致灾机理研究

伍永平^1,2，胡博胜¹，王红伟^1,2，解盘石^1,2，刘明³，刘明银¹

1. 西安科技大学能源学院2. 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室3. 辽宁石油化工大学机械工程学院

摘 要：飞矸是大倾角煤层一类特殊衍生灾害,严重危害工作面设备和人员的安全,探讨其致灾机理对建立大倾角煤层走向长壁工作面防护体系至关重要。在工作面飞矸灾害实测基础上开展实验室模拟,选取冲击能和能量恢复系数表征损伤,借助高清摄像机和压力传感器记录并获取冲击能;运用统计学原理分析不同工况下冲击能的演化特性;对冲击能和能量恢复系数拟合并根据曲线走势,以设备(人员)吸能量为控制对象,吸能量陡增点和极值点为界建立飞矸损伤风险判别模型,依据模型划分飞矸损伤的等级。基于以上探讨了飞矸致灾的机理,结果表明:飞矸致灾是在碰撞途径和方式耦合作用下冲击能和能量恢复系数达到相应致灾等级,致灾过程为自由落体、飞溅、滚动和滑动等状态下冲击能累积,满足走向运移、高度、碰撞方位后与设备接触,冲击能转化为设备弹性能和构件间振动阻尼,造成构件的形变量大于其极限形变量时发生损坏,数值仿真手段验证了理论和实验研究中能量恢复系数取值的合理性。

关键词：大倾角煤层;飞矸;恢复系数;损伤等级评估;耦合作用;