浸水深度对煤岩力学损伤行为的影响及多尺度失稳机制研究
陈光波1
郑绍黄2
张俊文3
李谭1
王二雨2
王创业2
刘业娇2
曹健2
张国华4
唐薇2
高宁2
1.内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院,内蒙古 包头 014010;山东科技大学 能源与矿业工程学院,山东 青岛 2665902.内蒙古科技大学 矿业与煤炭学院,内蒙古 包头 0140103.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000834.黑龙江科技大学 黑龙江 哈尔滨 150022
摘要：大水矿山或富水开采条件下,不同浸水深度环境中煤岩体力学性质严重劣化,影响着煤岩系统的安全稳定.为探讨在不同浸水深度下煤岩力学性质及损伤特征,以典型的煤、砂岩和页岩为研究对象,开展 0、20、40、60、80、100 mm等 6 种不同浸水深度下的轴向压缩和声发射试验,分析其力学损伤及失稳机制.研究结果表明:①随浸水深度的增加,煤岩弹性模量、损伤应力和抗压强度逐渐降低,煤岩弹性模量、抗压强度劣化度显著增加,在浸水 0～20 mm阶段劣化效应最大.②随浸水深度的增加,声发射累计振铃计数和峰值振铃计数逐渐减少;累计能量受浸水深度影响逐渐降低.③基于声发射RA-AF,不同浸水深度砂岩试样张拉裂纹与剪切裂纹共存,随浸水深度的增加,张拉裂纹占比逐渐增大,剪切裂纹占比逐渐减小.④基于声发射构建煤岩损伤演化模型,从应力-应变曲线、损伤效应、抗压强度三方面进行损伤模型合理性验证.煤岩损伤演化过程可划分为损伤初始阶段、损伤发展阶段和损伤加速阶段,随浸水深度的增加,煤岩损伤变量增加.⑤从"微观-细观-宏观"阐明浸水煤岩多尺度失稳破坏机制:浸水作用下煤岩内部矿物颗粒被溶蚀,矿物颗粒体积减小,载荷作用下矿物颗粒发生微断裂、大断裂、全断裂,煤岩内部萌生新的裂纹并扩展、贯通,宏观上出现裂纹,煤岩失稳破坏.该研究可为浸水深度影响下工程煤岩体的安全稳定、防治及评价提供有益参考.
关键词：浸水深度力学行为声发射损伤模型失稳机制
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52304142)国家自然科学基金(52064042)国家自然科学基金(52464014)内蒙古自然科学基金资助项目(2025YQ011)内蒙古自然科学基金资助项目(2025LHMS05022)内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2023QNJS108)内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2024YXXS002)内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2023QNJS089)内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2024RCTD015)内蒙古自治区直属高校基本科研业务费资助项目(2023QNJS088)
论文发表日期：2026-02-28
在线出版日期：2026-03-10（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：23( 121-143 )
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