煤炭科学技术

作者：刘驰, 江星宇, 李海涛, 穆鹏宇, 刘化广, 袁红辉, 齐庆新, 王守光,

关键词：冲击地压, 应力流, FDEM, 相似模拟, 卸载破坏,

针对深部煤矿冲击地压灾害防治需求，聚焦采动应力时空演化机制，创新引入“应力流”概念表征应力动态重分布行为。通过实验室相似模拟试验与有限元−离散元耦合（FDEM）数值模拟相结合，系统研究了煤岩破裂过程中应力流特征及其致冲机理。试验以某煤矿冲击地压煤层为原型，基于相似理论制作类煤岩相似材料，采用钢架模型模拟地应力环境，通过千斤顶分级加卸载模拟开采过程，同步布设50组应变花与14组压力盒监测应力梯度演化。结果显示，加载阶段应力梯度变化平缓，模型稳定无明显破坏；卸载阶段应力梯度呈显著突增特征，最高达270 kPa/m，且与煤岩破坏呈现强相关性，验证了应力流可作为冲击前兆指标。数值模拟再现了巷道围岩应力集中、节理单元屈服及破裂扩展过程，揭示应力流通过能量积聚速率加速与“破坏−应力重分布”正反馈机制诱发冲击地压，即初始破坏引发应力梯度二次分布，形成连锁反应，符合Griffith断裂准则能量释放规律。研究表明，应力梯度变化率是冲击启动的关键判据，应力流理论通过统筹应力时间演化与空间梯度分布，建立了采动应力时空演化与冲击地压的定量关联，为冲击危险性动态评价及主动防控提供了新思路与理论支撑。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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