深井高应力浸水煤柱频繁冲击地压发生机理研究

摘要

频繁扰动引发的高应力大巷浸水煤柱冲击地压机理研究较少，导致煤矿现场防治时缺乏足够理论依据.本文以山东省赵楼煤矿大巷水仓煤柱频繁冲击为工程背景，采用现场实测、室内试验等研究手段，研究了梯度含水饱和度的岩-煤-岩组合试样（RCRCS），在循环冲击模式下的力学响应及破坏特征，并探究了高静载-频扰动-恒浸水大巷煤柱频繁冲击的机理.结果表明：RCRCS煤层碎块分形维数与应变集中范围，随含水饱和度升高而持续增大，0%～33%区间增长最为显著.相较于循环强(2.8 m·s^-1)、强弱组合(2.8/2.3 m·s^-1)冲击，循环弱(2.3 m·s^-1)冲击可缩小干燥与含水状态的强度差距. RCRCS局部应变程度随-着循环强冲击次数增加整体快速均匀增长，循环弱冲击模式中前期损伤缓慢累积、后期宏观裂纹突增，组合冲击的应变特征介于二者之间. 0%含水饱和度试样抵抗循环动态疲劳损伤的能力显著优于33%～100%区间，浸水对动态强度的弱化作用普遍存在，但不同冲击模式下敏感性差异明显，循环强冲击的浸水软化效应最为突出.下调冲击能量可降低RCRCS强度参量对于含水饱和度的敏感性.揭示了高应力频扰动大巷浸水煤柱频繁冲击机理：深井水仓煤柱长期处于高静载环境，浸水作用使浅部围岩初始承载阈值降低；在远场矿震与采动扰动等多次动态事件作用下，损伤持续累积并推动承载阈值逐步下移.浅部浸水区因退化快于内部干燥区而更易率先失稳，并诱发应力向核部集中，进而使后续扰动更易触发冲击地压。研究结果可为深井高应力浸水煤柱冲击地压的监测预警与针对性防治提供理论依据.

关键词

高应力 / 频扰动 / 浸水煤柱 / 冲击地压 / 发生机理

基金资助

国家自然科学基金项目(52374076); 中国科协青年人才托举工程项目(2021QNRC001); 中国博士后科学基金资助项目(2025M781721)