煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 9; pp. 3701 - 3710
• Main Authors: 康红普, 高富强, 王晓卿, 柏建彪, 王琦, 章冲, 王襄禹, 杨磊, 娄金福, 李延辉, 王学宁, 原贵阳
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116 01.09.2024; 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 100013%中国矿业大学矿业工程学院,江苏徐州 221116%山东大学,岩土与结构工程研究中心,山东济南 250061%煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013; 煤炭科学研究总院开采研究分院,北京 100013
• Subjects: physical simulation; fault-slip rockbursts; low-strength high-brittleness material; roadway bursting failure; 物理模拟; test system; 断层滑移型冲击地压; 巷道冲击破坏; 试验系统; 低强高脆相似材料
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2024.0266

TD324; 断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题.为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟.煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为 20 MPa,模型尺寸为 1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求.开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于 3.44～7.81 MPa,冲击能指数为 9.2,弹性能指数为 8.83,兼具低强高脆特性.基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征.实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响.