深部煤岩超低摩擦效应能量特征试验研究

来源期刊：煤炭学报2020年第S1期

论文作者：李利萍 潘一山

文章页码：202 - 210

关键词：超低摩擦效应;能量特征;块系岩体;冲击地压;垂直振动;

摘    要：高地应力和开采强扰动作用下,采场周围的岩体不断发生震动、变形和破坏,形成块系岩体。当深部煤岩积聚能量达到失稳临界值,块系岩体很容易在周围荷载作用下因动力扰动而能量突然释放,发生层间滑动,导致块系岩体发生超低摩擦滑动失稳,从而最终诱发新的冲击地压类型,即超低摩擦型冲击地压灾害,其本质是能量积聚和失稳释放过程。为揭示深部煤岩超低摩擦效应能量特征,以花岗岩和煤两种岩性的块系岩体为研究对象,采用试验研究方法,自主研发了超低摩擦效应试验装置,以轴压和围压模拟高地应力作用,以垂直振动和水平冲击模拟开采强扰动,进行了工作块体分别为完整岩块、破碎岩块和煤块的超低摩擦效应模拟试验。试验结果与已有研究结论进行对比,验证了试验方案的合理性和可行性。以工作块体水平位移的单位质量动能总量作为超低摩擦效应能量变化的特征参数,分析轴压、工作块体数量和岩性对工作块体水平位移单位质量动能时域和频域曲线影响,得到了开采深度、块体破碎程度和岩性与块体动能间关系规律。结果表明:发生超低摩擦效应时,工作块体动能具有集聚效应、短时峰值特性和间歇性。破碎程度和岩性是影响超低摩擦型冲击地压动能总量变化重要因素。试验再现了冲击地压由前震到主震过程,发现超低摩擦型冲击地压能量释放时,块体动能具有由高频向低频转移的频移特性,主频主要处于20 Hz以内的低频区,与冲击地压现场观测结果基本一致。提出以能量释放试验反演冲击地压震级计算方法,以辽宁红阳三矿为例,所得结果与现场监测震级十分接近。