【摘 要】
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随着矿山开采向深部发展,所面临的开采环境更加复杂,特别是地压灾害愈加明显。本文以山西某矿1303（上）工作面采集的煤岩试件为研究对象,通过对不同含水率的试件开展单轴压缩试验及声发射试验,研究不同含水率下煤岩的破坏特性、力学性质及声发射规律等,建立新的冲击倾向性分类标准,同时采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件开展煤层注水参数优化研究工作,研究结果可为煤层注水防治冲击地压提供参考。
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随着矿山开采向深部发展,所面临的开采环境更加复杂,特别是地压灾害愈加明显。本文以山西某矿1303（上）工作面采集的煤岩试件为研究对象,通过对不同含水率的试件开展单轴压缩试验及声发射试验,研究不同含水率下煤岩的破坏特性、力学性质及声发射规律等,建立新的冲击倾向性分类标准,同时采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件开展煤层注水参数优化研究工作,研究结果可为煤层注水防治冲击地压提供参考。主要研究内容与研究结论如下:（1）本次试验共用到七组煤岩试件,前六组试件在实验室利用真空加压饱和装置开展了煤岩试件饱水试验,测定了煤岩饱水率,通过电热鼓风干燥箱对饱水煤岩不同程度地驱散其水分,采用称重法获得不同含水率煤岩试件;第七组为原煤力学试验,作为对照组。这为开展不同含水率煤岩力学性质研究奠定了试验基础。（2）对七组煤岩试件进行了单轴压缩试验,分析动态破坏时间、冲击能量指数、单轴抗压强度、含水率对其冲击倾向性的影响,通过重新调整四个指标的权重,建立公式将冲击倾向性分类转变为4类,创建了一套判定冲击倾向性的新标准,结果表明:在加载速率相同的情况下,试件的破碎程度、弹性模量、硬度、单轴抗压强度、冲击能量指数等物理力学参数与含水率呈现反比关系;动态破坏时间与含水率呈现正比关系。通过新的冲击倾向性分类标准判定当试件的含水率达到60%时,煤岩会由强冲击倾向转为弱冲击倾向性。（3）对七组煤岩试件进行了声发射试验,分析了振铃计数、能量与含水率的关系,结果表明:水分对煤岩试件的声发射特性有显著影响,振铃计数—时间—应力特征图和能量—时间—应力特征图都分为三个阶段,每阶段的振铃计数峰值、时域、能量峰值随着含水率的增大而减小。（4）为降低1303（上）工作面的冲击倾向性,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件,模拟注水时的有效湿润半径,优化注水参数,使此工作面在经济和安全开采的同时,能够达到降低其冲击倾向性的含水率,结果表明:由新的冲击倾向性分类标准可知此工作面为强冲击倾向性,最优注水参数为钻孔半径0.08 m、注水压力8 MPa、注水时间2.0 h,此时工作面含水率达到65%,由强冲击倾向性转化为弱冲击倾向性。
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