综放开采顶煤介质状态演化的特征识别
北京科技大学土木与环境工程学院的最新研究成果表明：
以综放开采过程中顶煤介质状态转化机理为切入点,进行室内煤岩力学的声学特性实验研 究和现场声波测试,建立单轴压缩下煤样的声学特性和压力的变化关系。
结果表明,煤岩在荷载逐 渐施加的开始阶段,超声波波速基本没有变化,当所加荷载达到一定值后,超声波声速出现急剧减 小的突变现象;现场声波测试过程中,当工作面距测点距离 L≥12 m,声波较为稳定,随着工作面的 回采,当 L≤12 m,声波出现了急剧跌落的突变现象。
依据煤岩在不同介质状态下的声波速度,提 出了顶煤破裂度概念,并建立了反映顶煤介质状态的5 个破坏阶段的模型,为顶煤介质状态识别、 放煤工艺、矿压控制和支护结构设计提供了依据。
详细结果描述如下：
(1)室内实验和现场测试结果表明,在煤岩受压 的初始阶段,超声波波速保持稳定,煤岩保持着既有 破坏状态,当加载到一定荷载时,超声波声速出现急 剧减小的突变状态。 随着继续加压,超声波声速出现 近似线性减小的现象。 直至煤岩完全受压破坏,超声 波声速出现收敛的现象。
(2)现场的测试结果表明,在工作面回采阶段, 距离工作面较远处(L≥12 m),顶煤的介质状态保持 了原先的既有破坏状态,随着工作面的推进,距离工 作面 L≤12 m 处,声速出现跌落的现象,顶煤的介质 状态由既有破坏阶段开始向局部破坏阶段转变。
(3)煤岩的破坏是一个连续的过程,在综放开采 中,顶煤经历了连续-似连续-非连续-散体的转变过 程,用声速破裂度来定量描述顶煤介质的力学状态, 为综放开采中顶煤放煤工艺、顶煤压力控制和支护结 构的设计提供了技术上的支持。