高地应力的机理及其现象

过应力机理
过应力机理是指在材料内部存在的一种应力状态，即超过材料弹性限度的应力。

当材料受到的应力超过其弹性限度时，材料会产生塑性变形，导致内部应力产生。

过应力机理的产生可以是由外力施加在材料上所引起的，也可以是由于温度变化或其他物理因素导致的。

过应力机理可以导致材料的破坏和失效，因为过高的应力会导致材料内部发生变形、裂纹和断裂。

在工程应用中，为了避免材料出现过应力，通常会在设计和制造过程中考虑合理的结构和材料选择，以确保材料能够在所受到的应力范围内安全工作。

对于金属材料来说，过应力机理还与晶体结构有关。

由于金属材料的晶体结构中存在晶界和位错等缺陷，使得材料在受到应力时更容易发生变形和塑性失效。

因此，在金属材料的应用中需要考虑晶界和位错对过应力机理的影响，并采取相应的措施来提高材料的抗应力能力。

总而言之，过应力机理是材料内部产生的一种应力状态，可以导致材料的破坏和失效。

通过合理设计和材料选择，以及考虑晶界和位错的影响，可以减轻过应力对材料性能的影响，提高材料的抗应力能力。

2024年煤矿煤岩动力灾害监测预警技术进展我国煤岩动力灾害世界第一煤岩动力灾害，主要包括煤与瓦斯突出和冲击矿压。

突出是采掘工作面周围煤岩向采掘空间高速喷出的一种动力灾害过程，高地应力和高压瓦斯是能量的主要来源。

我国最大的突出灾害发生在四川三汇坝一井，在几钟内突出煤岩12780吨，喷出瓦斯气体140万立方米。

冲击矿压灾害是在高应力作用下，采掘空间周围的煤岩体失稳破坏并向采掘空间高速运动的动力灾害过程，高地应力是主要能量来源。

我国最大的冲击矿压发生在抚顺老虎台矿，震级达到里氏4.3级。

煤岩动力灾害除造成人员伤亡外，还严重摧毁巷道等采掘空间、破坏保障安全的通风系统。

灾害过程伴随矿井瓦斯涌出异常，常诱发重特大瓦斯爆炸事故，造成群死群伤。

xx年郑州大平矿死亡148人的瓦斯突出—瓦斯爆炸事故;xx年辽宁阜新孙家湾矿死亡214人的冲击—瓦斯爆炸事故;xx年黑龙江鹤岗新兴煤矿死亡108人的瓦斯突出—瓦斯爆炸事故。

这类灾害严重威胁矿井安全，是煤矿重大工程灾害。

我国是世界上煤岩动力灾害最严重的国家。

截至xx年，我国已备案的煤岩动力灾害矿井达1420多个。

由于种种原因，还有超过一倍数量的这类矿井没有备案。

据不完全统计，我国已累计发生31000多次动力灾害，平均每年死亡近300人。

目前，除海南、广东、福建、浙江、西藏等少数省区外，我国主要采煤省区不同程度地受动力灾害的威胁，著名的平顶山、淮南矿区的主力矿井全部为突出矿井，兖州矿区主力矿井受冲击灾害威胁严重。

随着煤矿开采深度的不断增大，灾害更为严重，预防的难度也在不断加大。

我国煤矿国有重点矿平均采深700米，最深达1365米，煤层最大瓦斯压力达10兆帕。

来自权威部门的统计表明，“十一五”期间，我国煤矿重、特大瓦斯突出事故的起数和死亡人数分别占40%和28.5%;xx年发生的11起重特大瓦斯事故中，煤与瓦斯突出事故6起，死亡150人，分别占54.5%和68.2%。

从煤矿重特大事故看，煤与瓦斯突出事故的比例逐年上升，遏制煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害事故是今后减少煤矿重特大事故的重中之重。

浅谈煤矿冲击地压的机理及防治措施摘要：煤矿冲击地压是一种矿井动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式，已成为一个世界性的灾害。

本文主要从冲击地压的显现特征、机理、预测方法、治理措施几个方面进行了论述。

关键词：煤矿冲击地压、显现特征、机理、预测方法、治理措施1 引言煤矿冲击地压属于矿井动力现象，是矿山压力的一种特殊显现形式，是指在一定条件的高地应力作用下，井巷或回采工作面周围的煤体由于弹性能的瞬时释放而产生破坏的动力现象，常伴随有巨大的声响、煤体被抛向采掘空间和气浪等。

它往往造成采掘空间的变形、采掘空间中支护设备的破坏，亦可能还会引发其它矿井灾害，尤其是瓦斯煤尘爆炸、火灾以及水灾、破坏通风系统，严重时造成人员伤亡和井巷的毁坏，甚至引起地表塌陷而造成局部地震[1～5]。

2 我国煤矿冲击地压显现特征（1）突发性：通常是突然发生的，发生前一般无明显前兆，冲击过程持续几秒到几十秒，难以事先准确确定发生地点、时间和强度；（2）瞬时震动性：过程急剧短暂，震动持续时间一般不超过几十秒，伴有巨大声响、强烈震动，重型设备被移动，人员被弹起摔倒，震动范围可达几千米甚至几十千米，地面有震感；（3）具大破坏性：顶板一般不冒落，可能瞬间明显下沉；底板可能突然开裂鼓起甚至接顶；常有大量煤块甚至上百立方米的煤体突然破碎从煤壁抛出，堵塞巷道，损坏设备。

造成人员伤亡和巨大的经济损失；（4）复杂性：在自然地质条件上，除褐煤以外的各煤种，采深200m～1000m，煤层从薄到特厚，倾角从水平到急斜，地质构造从简单到复杂，顶板包括砂岩、灰岩等，都发生过冲击地压；在生产技术条件下，水采、炮采、普采和综采，全部垮落法或水力充填法等各种采煤工艺，长壁、短壁、巷柱、等各种采煤方法，都出现过冲击地压。

3 冲击地压成因的机理（1）强度理论：早前的强度理论着眼于煤岩体的破坏原因，近代强度理论则注重矿体--围岩力学系统极限平衡条件的分析和推断，具有代表性的是夹持煤体理论。

岩爆的成因及防治措施岩爆是高地应力区的地下工程在开挖过程中或开挖完毕后，由于弹性变形能的瞬间释放而产生爆裂、松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质现象。

岩爆是地下工程施工的一大地质灾害，由于它的破坏性很大，常常给施工安全、岩体及建筑物的稳定带来很多的问题，甚至会造成重大工程事故。

本文将岩爆发生的若干因素及其防治措施作一些讨论。

标签：岩爆影响因素防治措施1引言随着世界经济的发展，人类对各种矿产资源、能源的需求日益增加，且越来越多的地下工程在修建，岩爆灾害也频繁发生。

在地下工程开挖过程中，岩爆是围岩各种失稳现象中最强烈的一种，由于其突发性和强大的破坏性，不仅威胁施工人员和设备安全，而且还严重影响工程进度和工程造价，现在已成为是世界性的地下工程难题之一，引起了国内外的普遍关注，并促进了岩爆研究的进展。

2岩爆的成因2.1岩爆的分类从工程实践出发，考虑岩爆的危害方式、危害程度以及防治对策等，按破裂程度岩爆可分为以下几种。

2.1.1破裂松弛型围岩成块状、板状或片状爆裂，爆裂响声微弱，破裂的岩块少部分与洞壁母岩断开，但弹射距离很小，顶板岩爆的石块主要是坠落。

2.1.2爆裂弹射型岩爆的岩块完全脱离母岩，经安全处理后留下岩爆破裂坑。

岩爆发生时的爆裂声响如枪声，弹射的岩块最大不超过1/3m3，也有粉末状的岩粉喷射。

主要危害是弹射的岩片伤人，对机械设备无多大影响。

2.1.3爆炸抛射型有巨石抛射，声响如炮弹，抛石体积几立方米至数十立方米，抛射距离数米至二十米，对机械、支撑造成大的破坏。

2.2岩爆的发生机制岩爆是高地应力的产物，其机制一般描述为：岩爆是具有大量弹性应变能储备的硬质脆性岩体由于洞室开挖，径向约束卸除，环向应力骤然增加，能量进一步集中，在集中应力作用下，产生突发性胀剪脆性破坏。

弹性应变能伴随声响和震动部分得以消耗。

同时，剩余能量转化的动能使围岩急剧动态失稳，造成岩片（块）脱离母体，获得有效弹射，猛然向临空方向抛（弹）射。

岩爆形成条件、预测预报与防治岩爆是高地应力条件下地下工程开挖过程中,硬脆性围岩因开挖卸荷导致洞壁应力分异, 储存于岩体中的弹性应变能突然释放, 因而产生爆裂松脱、剥落、弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害。

它直接威胁施工人员、设备的安全, 影响工程进度, 已成为世界性的地下工程难题之一。

一、岩爆形成机理分析综合分析岩爆形成机理，可从内因和外因两个方面解释岩爆。

在高地应力区开挖硐室、围岩岩体结构、水文地质条件、地质构造和地形地貌可以构成岩爆形成的内因。

从外因方面来说，硐室开挖施工和钻爆发施工、地震也可以诱发岩爆。

1、高地应力形成岩爆的必要要件是应变能储集, 其力学条件满足: 原岩处于高地应力环境和洞室开挖后形成二次应力高度集中。

（1）原岩初始高地应力环境根据勘察资料显示, /值为2. 1～7. 0, 达到高应力和极高应力水平, 具备了岩爆形成的条件之一。

式中: -岩石饱和抗压强度(); -垂直于隧洞轴线方向的最大初始应力()。

（2）洞室开挖后形成二次应力高度集中在高及极高应力区开挖隧洞, 必将扰动原岩的初始应力状态,破坏隧洞周围岩体初始应力平衡, 从而导致应力重新分布。

当重新分布的围岩应力超过岩爆临界应力, 则产生岩爆。

（3）岩爆发生在洞室围岩内dσ3/ (σ1-σ3)正增长期增长很快的那一范围d σ3/ (σ1- σ3)越高,越易引起岩爆,因为高的dσ3/ (σ1-σ3)抑制了围岩静态破坏与位移，dσ3/ (σ1-σ3)亦可理解为高应力区中σ3的变化,它与岩爆的关系是:在一定应力环境中,围岩内高应力环境(高的σ1-σ3)中最高σ3部位(可直观判读)最容易引起岩爆。

2、围岩岩体结构（1）在深层岩浆岩或片理、片麻理不发育的变质岩中发生的岩爆往往强烈程度较大,使得岩片(块)常呈弹射状抛出。

而在片理、片麻理发育的变质岩中发生的岩爆则往往强烈程度较小,主要为劈裂或剥落形式。

这是由于片理、片麻理发育的变质岩,其岩石颗粒呈明显的定向排列现象。