冲击地压前兆信息的可识别性研究及应用

【摘要】： 本文采用岩石力学、断裂力学、地球物理学等方法进行了理论分析，通过实验、数值模拟计算与现场实测进行了深入系统研究，着重研究冲击地压前兆信息的识别理论与方法，得到以下结论。 (1)根据实验研究、理论分析与实测研究成果，提出了冲击地压的扩容突变理论。该理论将冲击地压的孕育过程分为三个阶段：弹性变形阶段、非线性变形阶段、扩容突变阶段。建立了冲击地压的扩容模型，用力学分析方法给出了煤岩体扩容破裂机制、力学解答及力学描述方法；研究表明应力大于临界应力(σ_l)后，体积膨胀急速增长，声发射次数、能量出现突变，稳定扩容突变是前兆信息异常阶段，非稳定扩容说明冲击地压的发生。 (2)数值模拟计算表明，冲击煤岩体在临界加载值(步)后，煤岩体出现扩容突变，冲击前兆出现异常。冲击煤体强度对冲击前兆信息的敏感性不强，而均质度对冲击前兆信息呈现出很强的敏感性。 (3)冲击地压的前兆信息识别主要包括以下几个方面： ①声发射前兆信息的识别。在冲击地压发生前，煤岩体的声发射次数、能量均出现突变，突变指标达到临界值时，视为冲击危险；随均质度的增大，呈现三种声发射模式：群震型、集中型与主震型；改变煤体的均值度，可实现前兆信息显现类型的转化。 ②电磁辐射前兆信息的识别。电磁辐射的突变与煤体扩容进入突变阶段一致，电磁辐射的三个指标：幅值、最大幅值及脉冲的突变是冲击地压的前兆，利用临界指标预测冲击危险性。 ③煤体应力变化前兆信息的识别。根据包含体理论，足够大的刚体上的应力是煤体应力的常数倍数，可利用刚性体传感器监测不同冲击倾向的煤体应力。自行研制了刚性钻孔应力计，根据应力计实测曲线的变化，即应力—时间曲线的滞增长特征，识别冲击地压的危险性。 ④煤体扩容前兆信息的识别。建立了冲击地压的层裂模型，提出了层裂区、塑性区与弹性区，在层裂区与塑性区过渡段出现煤粉量突变，进入塑性区，煤粉出现二次突变，采用小尺寸监测方法，可识别冲击地压的危险性，并与监测距离、煤粉粒度等指标相应识别。 山东科技大学博士学位论文摘要 ⑤顶板动态、应力大小分布及相似性等给出了定性的识别方法。 (4)工程实践 对华丰矿采用电磁辐射与钻屑法进行前兆信息识别研究;监测到的异常变化 作为前兆信息，对3406(l)工作面的2次1 .7级冲击地压进行了准确预报。 针对开滦矿区深部冲击地压严重的事实，采取改变煤体均质度、煤体受力状 态的方法，使冲击模式由主震型向群震型转化，冲击地压前兆信息识别较易实现， 并通过前兆信息的识别，及时实施解危措施，实现了安全生产。