岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 873-883.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0578

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

弹脆性圆形煤巷应力跃升及冲击地压预测模型

王书文1,鞠文君2,张春会3,苏士杰4,陆闯2   

  1. 1. 中国中煤能源集团有限公司,北京 100120;2. 中煤科工开采研究院有限公司,北京 100014;3. 河北科技大学 河北省岩土与结构体系防灾减灾技术创新中心,河北 石家庄 050018;4. 中天合创能源有限责任公司门克庆矿,内蒙古 鄂尔多斯 017000
  • 收稿日期:2022-04-22 接受日期:2022-06-09 出版日期:2023-03-21 发布日期:2023-03-24
  • 通讯作者: 张春会,男,1976年生,博士,教授,博士生导师,主要从事矿山岩石力学方面的研究。E-mail: zhangchunhui789@126.com E-mail:wangshuw@chinacoal.com
  • 作者简介:王书文,男,1983年生,博士,高级工程师,主要从事冲击地压防治方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.51574139,No.51704155);河北省教育厅重点项目(No.ZD2020338)。

Stress jumping of elastic-brittle circular coal roadway and prediction model of rock burst

WANG Shu-wen1, JU Wen-jun2, ZHANG Chun-hui3, SU Shi-jie4, LU Chuang2   

  1. 1. China National Coal Group Corporation, Beijing 100120, China; 2. CCTEG Coal Mining Research Institute, Beijing 100014, China; 3. Hebei Technological Innovation Center of Disaster Prevention and Mitigation Engineering of Geotechnical and Structural System, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang, Hebei 050018, China; 4. Menkeqing Coal Mine, Zhongtian Hechuang Energy Co., Ltd, Erdos, Inner Mongolia 017000, China
  • Received:2022-04-22 Accepted:2022-06-09 Online:2023-03-21 Published:2023-03-24
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51574139, 51704155) and the Key Project of Hebei Province Department of Education (ZD2020338).

摘要: 为预测煤巷冲击地压灾害,将强冲击倾向煤视作理想弹脆性材料,建立圆形煤巷力学模型,分析煤巷围岩的应力和变形能密度分布特征,进而建立煤巷冲击地压预测模型,利用该模型预测冲击地压灾害风险。研究结果表明:弹脆性煤巷围岩的切向应力和变形能密度在弹性区与破坏区界面处发生跃升;煤体强度损伤度和地应力增大,煤巷破坏区半径增大,煤巷围岩切向应力和变形能密度跃升高度增大;切向应力跃升为煤巷失稳破坏提供了力源,变形能密度跃升为冲击地压发生提供了能量源;切向应力和变形能密度跃升高度越大,煤巷越容易失稳和冲击;基于切向应力和变形能密度跃升,建立了煤巷冲击地压解析预测模型,预测结果与现场冲击地压实际情况一致,从而为脆性煤巷冲击地压预测提供了一种新的方法。

关键词: 冲击地压, 煤巷, 预测模型, 理想弹脆性, 切向应力跃升, 变形能密度跃升

Abstract: In order to predict the rock burst disasters of coal roadway, the coal with bump tendency is regarded as a perfectly elastic-brittle material, and the mechanical model of circular coal roadway is established to analyze the distribution characteristics of stress and deformation energy density of surrounding rock of coal roadway, and then the rock burst prediction model of coal roadway is established to predict the rock burst disaster of coal roadway. The results show that the tangential stress and deformation energy density of the surrounding rock of elastic-brittle coal roadway jump at the interface between the elastic zone and the failure zone. The damage degree of the strength and in-situ stress of coal increase, and the radius of failure area also increases. As a result, the jump height of the tangential stress and deformation energy density of the surrounding rock of the coal roadway increases. The tangential stress jumping provides a force for the instability and failure of coal roadway, and the deformation energy density jumping provides an energy for the rock burst. The higher the tangential stress and deformation energy density jump, the easier the instability and rock burst of coal become. Based on the jumping of tangential stress and deformation energy density, the analytical prediction model of rock burst in coal roadway is established, and the prediction results are consistent with the actual situation of rock burst in the field, thus providing a new method for predicting rock burst in brittle coal roadway.

Key words: rock burst, coal roadway, prediction model, perfectly elastic-brittle behavior, tangential stress jumping, deformation energy density jumping

中图分类号: 

  • U451
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