缺陷体防治冲击地压原理

3.6　缺陷体防治冲击地压原理

缺陷体的主要作用是转移应力、释放能量，缺陷体起到阻止能量传递、抗冲击作用。

3.6.1　缺陷体应力分布分析

冲击煤层发生冲击能量释放的部位大都在使用的巷道内，往往巷道周围存在静动高应力场，为此，假设巷道上部作用不等值的均布应力，则巷道两侧出现明显差异的应力分布，图3-36是使用巷道的力学模型，图3-36中的应力分布曲线1是驱动巷道煤层发生冲击地压的主要力源，该曲线受到来自岩层的应力作用的控制，图3-37是该条件下的数值模拟计算结果，显然应力场与能量场分布在巷道左帮范围内，巷道存在冲击危险。

图3-36　使用巷道的力学模型

图3-38是在巷道高应力侧实施工程缺陷技术的力学模型，使用巷道围岩被缺陷裂隙包围，应力分布曲线1转移到缺陷巷道左侧(图3-38中曲线2)，图3-39中的应力分布曲线2是驱动缺陷巷道煤层发生冲击地压的主要力源，该曲线受到来自岩层的应力作用的控制，图3-40是该条件下的数值模拟计算结果，由主应力和声发射可知，在上行卸压巷道人为制造“缺陷”作用下，变形破坏主要分布在卸压巷右侧与使用巷道的上部，应力转移到缺陷巷道左侧，能量得到了大范围释放，从而保护了下行巷道的安全，从图中可知，下行巷道没有应力集中和能量积聚现象出现，巷道也没有出现大的变形和破坏，证明巷道得到了很好的保护。

图3-37　巷道主应力与声发射图

图3-38　缺陷体力学模型

图3-39　缺陷体主应力与声发射图

3.6.2　缺陷体阻抗作用分析

冲击地压发生过程属于岩体动力学问题，主要是冲击煤岩本身动力特性的显现。在岩体中传播的应力波包括：弹性波、粘弹性波、塑性波、冲击波。岩体扰动破坏主要产生弹性波，弹性波分体波与面波，体波包括压力波与拉力波，面波包括瑞利波和勒夫波。岩体深度释放出的振动能量主要是面波携带，面波是最强的优势波。

弹性波在岩体中传播时，其穿透情况决定于裂隙密度与其填充物，弹性波不能穿过被空气充填的裂隙介质，也较难穿越充水裂隙，但能穿越固体充填物。所以工程缺陷体的充填介质是空气与水，对弹性波有阻止作用。

缺陷体的高密度缺陷结构对破坏与能量的传递作用具有很好的阻抗性，朱哲明在论文“爆炸载荷作用下缺陷岩体破坏特征的数值模拟研究”中，具体模拟计算了在相同接触爆破条件下，不同缺陷密度花岗岩的破裂模式。

在图3-40中明确表示，缺陷密度越大，破坏范围越小，说明缺陷体具有吸能抗冲击作用。

3-40　缺陷密度对岩体动态强度影响