第1期 张立杰等：基于AE的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析 3 随采深增加，三向主应力都升高，最大主应力方向 表35#煤剪切实验结果统计 与顶底板巷道走向垂直，最大主应力与最小主应力 Table 3 Statistical shear characteristics of No.5 coal from experiment 相差较大，这对巷道稳定与安全非常不利 角度/（° 直径/cm 高度/cm 载荷kN 声发射特征 4.894 5.562 40 一般 表2顶底板岩石剪切实验结果统计 哈 Table 2 Statistical shear characteristics of roof-floor rock from ex- 45(1) 4.894 5.412 39 一般 periment 45(2) 4.894 4.480 32 强 直径/ 角度/ 高度/ 载荷/ 声发射 65 4.894 5.652 17 中强 岩石样本 cm ( cm kN 特征 75 4.894 5.354 11 极强 底板岩石 4.900 35 4.982 38 中 底板岩石 4.900 45(1) 4.982 28 中 图4描述了外载荷作用下煤岩破裂过程中声发 底板岩石 4.900 45(2) 5.020 31 的 射特征（能率和总事件）和规律.从图中可以看出 5#煤在不同的拉伸比能、压缩变形阻力和剪切断裂 底板岩石 4.900 65 5.094 15 书 底板岩石 4.900 75 5 过程中表现的声发射具有不一致性，这就再一次证 5.204 强 实了煤岩在大破裂前损伤演化的一系列复杂现象及 顶板岩石(1)4.916 35 4.748 52 为 顶板岩石(1)4.916 规律，如样本个性、临界敏感性和高加卸载响应比 45 4.686 36 中 等，在几块不同尺度试件的实验过程中，均发现大 顶板岩石(1)4.916 75 5.086 20 强 顶板岩石(2)4.922 35 破裂前夕声发射信号与外载信号间调制关系的紊 2.952 17 微弱 乱，这与材料在进入自驱动阶段后对外载的敏感性 顶板岩石(2) 4.922 45 5.040 290 极强 变弱及动力学失稳前的加卸载响应比下降具有相同 顶板岩石(2)4.922 65 4.582 34 有 公 机制.该结果可能为西部矿区深部急斜特厚煤层开 顶板岩石(2)4.922 5.056 31 有 采诱发动力学失稳短临预报提供新的思路、 g (a) 14 20 12 一总事件数 10 -总事件数 15 ·一能率 一能率 8 8 6 10 6 4 2 4 2 0 22 30 121620 28 时间s 时间s 1400 8人 (c) 1200 一-总事件数 6 一能率 1000 800 4 600 高2 400 200 0 8889ae9.b089898989agg-l 0 2 10 16222834 时间s 图4外载荷作用下煤一岩动态失稳的声发射特征和规律.()压缩：(b)拉伸；(c)剪切 Fig.4 Unstable characters and rule of coal-rock under load effect:(a)compression deformation;(b)tensile deformation:(c)shearing fracture 3动力学失稳综合分析 不会像缓倾斜条件下那样有规律，由于采用放顶煤 开采，阶段高度最大达到了40m,从而使顶板的悬 华亭煤矿由于急倾斜煤层矿压显现的特殊性， 臂长度增大，不能及时垮断，使顶底板岩层在悬臂位 在开采过程中，顶底板岩层将发生周期垮断，但垮断 置形成高度的应力集中，聚集大量的弹性能，这也为随采深增加‚三向主应力都升高．最大主应力方向 与顶底板巷道走向垂直‚最大主应力与最小主应力 相差较大‚这对巷道稳定与安全非常不利． 表2 顶－底板岩石剪切实验结果统计 Table2 Statistical shear characteristics of roof-floor rock from ex￾periment 岩石样本 直径／ cm 角度／ （°） 高度／ cm 载荷／ kN 声发射 特征 底板岩石 4∙900 35 4∙982 38 中 底板岩石 4∙900 45（1） 4∙982 28 中 底板岩石 4∙900 45（2） 5∙020 31 中 底板岩石 4∙900 65 5∙094 15 强 底板岩石 4∙900 75 5∙204 5 强 顶板岩石（1） 4∙916 35 4∙748 52 中 顶板岩石（1） 4∙916 45 4∙686 36 中 顶板岩石（1） 4∙916 75 5∙086 20 强 顶板岩石（2） 4∙922 35 2∙952 17 微弱 顶板岩石（2） 4∙922 45 5∙040 290 极强 顶板岩石（2） 4∙922 65 4∙582 34 有 顶板岩石（2） 4∙922 75 5∙056 31 有 表3 5＃煤剪切实验结果统计 Table3 Statistical shear characteristics of No．5coal from experiment 角度／（°） 直径／cm 高度／cm 载荷／kN 声发射特征 35 4∙894 5∙562 40 一般 45（1） 4∙894 5∙412 39 一般 45（2） 4∙894 4∙480 32 强 65 4∙894 5∙652 17 中强 75 4∙894 5∙354 11 极强 图4描述了外载荷作用下煤岩破裂过程中声发 射特征（能率和总事件）和规律．从图中可以看出 5＃煤在不同的拉伸比能、压缩变形阻力和剪切断裂 过程中表现的声发射具有不一致性‚这就再一次证 实了煤岩在大破裂前损伤演化的一系列复杂现象及 规律‚如样本个性、临界敏感性和高加卸载响应比 等．在几块不同尺度试件的实验过程中‚均发现大 破裂前夕声发射信号与外载信号间调制关系的紊 乱‚这与材料在进入自驱动阶段后对外载的敏感性 变弱及动力学失稳前的加卸载响应比下降具有相同 机制．该结果可能为西部矿区深部急斜特厚煤层开 采诱发动力学失稳短临预报提供新的思路． 图4 外载荷作用下煤－岩动态失稳的声发射特征和规律．（a）压缩；（b）拉伸；（c）剪切 Fig．4 Unstable characters and rule of coa-l rock under load effect： （a） compression deformation；（b） tensile deformation；（c） shearing fracture 3 动力学失稳综合分析 华亭煤矿由于急倾斜煤层矿压显现的特殊性‚ 在开采过程中‚顶底板岩层将发生周期垮断‚但垮断 不会像缓倾斜条件下那样有规律．由于采用放顶煤 开采‚阶段高度最大达到了40m‚从而使顶板的悬 臂长度增大‚不能及时垮断‚使顶底板岩层在悬臂位 置形成高度的应力集中‚聚集大量的弹性能‚这也为 第1期 张立杰等： 基于 AE 的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析 ·3·