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摘要
煤系地层是由多种岩层相间互层构成的，每种岩层的力学性质不同，其能量积聚能力也不同，这就导致了煤岩系统中的能量分布具有不均等性，为探索煤岩系统中的能量积聚规律，确定引发冲击地压的能量积聚关键层位，对自主构建的不同岩性和煤岩比例的组合体开展单轴压缩试验。结果表明：(1)随着煤岩比例的增大，组合体破坏区域由整体破坏到半整体破坏到局部破坏逐渐过渡，破坏类型由“碎状”完全破坏、“Y型”半完全破坏到“点式”不完全破坏逐渐过渡。(2)随着煤岩高度比增加，组合体强度、弹性模量逐渐减小、峰前能量逐渐增多；岩石组分对于组合体的强度和弹性模量具有一定的提升作用，岩石组分的硬度越大，组合体的强度和弹性模量也越大，但组合体峰前能量越少。煤岩组合体的冲击能量指数均在5.164～6.049,具有强冲击倾向。(3)构建了煤岩组合体力学模型，基于煤岩结构特征及其力学特性分析借助组合体和组分的应力-应变曲线，推导了同径煤岩组合体与非同径煤岩组合体破坏前的能量分布计算公式。(4)细砂岩-煤组合体中煤组分积聚能量占比在60.00%～94.54%,细砂岩组分积聚能量占比在5.46%～40.00%;粗砂岩-煤组合体中煤组分积聚能量占比在54.55%～89.64%,粗砂岩组分积聚能量占比在10.36%～45.45%;三元组合体煤组分能量积聚占比为66.13%,78.48%,粗砂岩组分积聚能量占比为19.35%,13.29%,细砂岩组分积聚能量占比为14.52%,8.23%。所有组合体中煤组分积聚能量占比均大于50%,煤组分是能量积聚的主要载体。组合体各组分的能量积聚顺序为：煤>粗砂岩>细砂岩，弹性模量小的软弱岩层(煤层),能量积聚能力更强。随着煤岩比例增大，煤组分能量占比也增大。(5)理论分析了煤岩组合体能量积聚规律，揭示了深部开采活动中冲击地压的易发机制，并且针对坚硬顶板-煤体-坚硬底板这种能量承载结构，从能量积聚层位的角度，提出了直接释能和间接释能2种能量缓控理念及措施，并进行工程实践。微震监测和巷道变形观测结果表明：直接释能和间接释能措施破坏了能量承载结构，有效释放了其中的能量，防止了冲击地压的发生。
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