浅谈冲击地压在天然缺陷结构中发生的力学机理
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摘要：地质缺陷打破岩体的连续性,改变岩体的应力分布。冲击地压往往发生在有地质缺陷的高应力区域。下面将对几种常见地质缺陷结构对冲击地压的产生和发展进行分析。
中图分类号： TD324 文献标识码： A
Discussion on the mechanism of rockburst in the mechanical natural defects occurring in the structure
Yu Xinglong
(Inner Mongolia Fu city mineral company Erdos 016215)
Abstract：Continuity of geological defects breaking rock, changes of stress distribution of rock mass. Rock burst often occurs inthe high stress area geological defects. The following will analyze several generation and development on rockburstcommon geological defect structure.
[Key words ] Defect；Rockburst；Medium
0 前言
裂隙节理是岩体中最常见的缺陷。岩体中的天然裂隙具有无序性,不规则性等特点。分析它的力学机制,首先简化力学模型。因为一个无限狭长的椭圆的极限情况可以看做一条裂隙,建立一个中心有椭圆孔的平板的力学模型。(见图1)
图1断裂力学模型
0Y方向受到均匀的拉力,椭圆孔的半径分别为b和c。假定胡克定律在模型中的个点都成立,而且在椭圆孔边界上不受力,半轴b、c与板的尺度相比较是很小的。这时可以用线弹性理论讨论。
椭圆方程
X2/c2+y2/b2=1
C点的曲率半径
ρ=b2/c
最大应力集中发生在C点上
对于b《c的狭长椭圆孔,这个方程式可以变为
上式中的比值通常叫做弹性应力集中系数,对于狭长的孔,该系数显然比1要大的多。
由以上的公式可以推出,岩体中裂隙尖端是应力集中区域,所以一旦应力超过岩石的强度,破坏就沿裂隙进行向传导,应力继续向裂隙端部转移。
2 断层冲击地压的力学机制
断层切断了岩层的整体性,对正在推进的工作面附近的应力再分布有很大影响,特别是当工作面接近断裂破坏带时,在超前煤壁的顶板岩层将给工作面和断层间的煤柱造成加压作用,导致该区域形成高应力区。为防止断层区发生断层错动型冲击,需要提前对该区域的煤体实施动应力协调技术,通过改变煤体的力学性质,保障巷道周围围岩的应力不再随工作面的渐进移动而逐渐增加,确保应力向巷道深部转移,达到巷道围岩处于稳定承载状态和均匀释放变形能量。
断层区域由于不断受到扰动,微破裂不断增加,平衡状态的稳定性逐渐减小,当最后处于稳定平衡的极限状态时,微小扰动引起的微破裂转移造成雪崩式的连锁反应,发生压缩失稳破坏,顶板岩层突然运动,产生宏观显现,使得系统储存的弹性能迅速释放而发生断层型动压现象,见图2。
图2 断层型动压现象数值模拟结果
采场推进过程常常伴随断层,需要对断层区煤岩运动进行力学分析,图3(a)是正断层展部形态,工作面接近断层时,顶板发生沿断层面的滑动下沉,断层切断的顶板受到上位岩层的下沉压缩、煤层的支撑、断层面的剪切力作用,见图3(b),断层面的剪切作用力是断层面上的正应力作用的结果,见图3(c),其表达式为:
式中,----断层面上正应力;
---断层倾角;
---断层面摩擦系数;
---顶板应力;
---煤层应力;
---断层面摩擦力
图3 断层区力学模型
3 结语
显然,改变煤层的力学性质,可实现断层面剪切力的变化,顶板水平应力未解除前(工作面与断层有一定距离),通过降低煤层强度和支撑条件,将顶板压力转化为断层面的剪切力,达到降低煤层压力、控制煤层冲击的目的。
参考文献：
1.宋振骥，实用矿山压力与控制[M].中国矿业大学出版社,198.8
2.钱鸣高,刘听成.矿山压力及其控制, [M].煤炭工业出版社,198.4
3.唐春安等,岩石微破裂损伤演化诱致突变的数值模拟, [J].《岩土工程学报》,1998.11.
作者简介：于兴龙（1983―）男，山东泰安人，助理工程师，从事煤矿矿井建设工作多年，在国家核心期刊多篇。