煤矿冲击地压数值物理模拟方法与应用研究

• Published in: 矿业安全与环保 Vol. 52; no. 1; pp. 1 - 13
• Main Authors: 齐庆新, 王守光, 王美美, 崔春阳, 刘化广, 王嘉敏, 穆鹏宇, 朱小景, 李海涛, 许学伟
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室,北京 100013 01.02.2025; 中煤科工开采研究院有限公司,北京 100013%煤炭科学研究总院有限公司 深部开采与冲击地压防治研究院,北京 100013; 天地科技股份有限公司北京技术研究分公司 深地科学院,北京 100013%中国地质大学(北京) 工程技术学院,北京 100083%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(北京) 应急管理与安全工程学院,北京 100083; 煤炭科学研究总院有限公司 深部开采与冲击地压防治研究院,北京 100013
• Subjects: 弹射理论模型; theoretical model of coal ejection; 动力相似准则; rock burst; 冲击地压; 物理相似模拟; dynamic similarity criterion; 数值模拟; numerical simulation; physical similarity simulation
• ISSN: 1008-4495
• DOI: 10.19835/j.issn.1008-4495.20250005

TD324; 由于冲击地压现场试验危险性高、监测困难、难以控制触发机制等局限,建立有效的物理相似模拟和数值模拟方法是冲击地压机理与防治研究的重要手段.针对冲击地压物理相似模拟,介绍了相似模拟实验材料的研发进展,在静力相似准则基础上发展了煤岩体动力相似准则,提出了惯性力相似条件,在此基础上开展材料研发和相似模型设计,研究表明:由高聚物、石英砂等组成的相似材料与煤岩动力破坏过程的强度和破坏模式等均具有较好的相似性;结合冲击地压应力波场物理相似模拟试验台,开展了波场传播诱冲过程相似模拟实验,发现应力波在顶底板间相互干涉、叠加,形成煤层槽波,应变场整体上也逐步汇聚在煤层,形成局部化带,最终导致冲击破坏.针对冲击地压数值模拟,介绍了有限元法等连续介质力学方法、离散元法等不连续变形模拟方法,以及连续介质力学-不连续变形耦合方法在冲击地压数值模拟中的研究进展,分析了非线性有限元与不平衡力理论在研究冲击地压潜在风险中的应用前景,围绕煤岩体弹射的势动能瞬态转换力学机制,分别阐述了弹射前期高弹性能体形成、弹射中期岩体瞬间脆断和块体形成的非平衡条件、弹射后期块体运动的模拟思路.最后,介绍了近场动力学与有限元耦合模拟算法在模拟煤岩冲击地压连续-非连续转换中的初步应用,取得了预期效果.本研究有望为煤矿冲击地压模拟提供新思路,对于煤矿安全生产具有重要意义.