随深部开采,煤矿冲击地压呈现新特征,深部岩体更趋于破碎成为块系介质,在高地应力和开采强扰动条件下,极易发生块系岩体超低摩擦效应,进而诱发冲击地压等动力灾害。以块系岩体为研究对象,通过理论分析与试验研究相结合方法,进行了深部块系岩体超低摩擦效应研究,研究结论可为深入认识煤矿深部冲击地压机理提供重要科学参考。(1)考虑深部岩体特性,建立了含上覆岩层压力的块系岩体超低摩擦效应动力模型,推导了新的块体间竖向位移差公式和法向力公式,首次提出将块体间法向力最小值作为判断超低摩擦效应的新指标。分析了垂直冲击幅值和频率、块体质量、结构面刚度和阻尼对块体间位移差和法向力的影响。发现块体运动按其竖向位移差及法向力变化均可分为超强挤压、强挤压、弱挤压和相互脱离4个阶段,超低摩擦效应发生在块体相互脱离阶段和弱挤压阶段。块体质量、结构面阻尼变化对竖向位移差幅值、法向力幅值及周期有明显影响,块体质量和块体间阻尼越小,结构面刚度越大,超低摩擦效应越易发生。垂直冲击频率和幅值亦对块体间竖向位移差及法向力影响显著,低频、强冲击扰动更易导致超低摩擦效应,进而诱发冲击地压等动力灾害。通过不同块体间法向力分析发现最容易发生超低摩擦效应的接触面位置为离垂直冲击源最近的3个接触面。(2)推导了新的工作块体水平位移公式。当垂直冲击及水平冲击幅值确定时,工作块体水平运动存在特定的延迟时间及水平冲击频率范围,且工作块体的水平位移随延迟时间及水平冲击频率的变化均呈现周期性变化规律。发现工作块体水平运动开始时刻滞后于水平冲击作用时刻,存在滞后时间,其运动过程依次为变加速和变减速运动,最终处于静止状态。(3)试验分析了垂直冲击扰动下块系岩体超低摩擦效应发生规律,试验结果经与理论结论对比分析,验证了理论模型的正确性,确定了超低摩擦效应易发接触面和危险块体。考虑顶板断裂、工程爆破、机械振动等扰动影响,设计了垂直冲击扰动块系岩体超低摩擦效应试验,通过试验,给出超低摩擦效应发生的关键结构面,得到块体质量,垂直冲击能量及上覆岩层压力对超低摩擦型冲击地压影响规律。结果表明:垂直冲击能量越大,超低摩擦效应更易发生,第1、2、3接触面为发生超低摩擦效应易发关键结构面,但在适当情况下,由于应力波的反射现象,离冲击源较远但离反射源较近的接触面同样为危险接触面。试验表明,尺寸效应对超低摩擦效应有明显影响,其影响比块体质量更加明显,满足深部特定等级尺寸的块体更易诱发冲击地压。该论文有图74幅,表7个,参考文献103篇。