不同应变率下松软煤体动态压缩力学特征
朱传奇
王磊
刘怀谦
陈礼鹏
张帅
安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽 淮南 232001
摘要：深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故.为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征,针对淮南矿区潘一矿 11518工作面松软煤体,压制ø50 mm×25 mm的圆柱形型煤试样,运用分离式霍普金森压杆试验系统,开展 5组冲击速度下(0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa)煤体的动态压缩试验,获取煤体动态应力-应变曲线,计算破碎耗能及耗能密度,筛分不同粒径区间破碎煤体质量,分析煤体力学特征参数、能量耗散及破碎特征随应变率的变化规律,揭示煤体冲击破坏的应变率效应.结果表明:在试验应变率范围内,煤体初始压密阶段均不明显,且随应变率的增高,弹性变形阶段曲线斜率缓慢增大,屈服阶段有所增长,软化阶段应力降幅增大.煤体峰值应力、峰值应变、割线模量随应变率的增高均具有线性增大的变化特点,增幅分别为 130.998%、111.335%、52.026%.随应变率的增高,煤体破碎耗能及破碎耗能密度均呈指数增长,破碎耗能占比逐渐增大.应变率越大,破坏后煤体小体积碎块越多,应变率由 66.778 s-1 变化到 259.154 s-1 过程中,碎块平均粒径由 3.34 mm逐渐降低至 2.49 mm,碎块分形维数由 2.37缓慢增大到 2.61,型煤与原煤(应变率为 57.433～240.100 s-1)破碎特征随应变率变化趋势具有一致性.研究结果可为厘清松软煤体冲击动态力学响应过程、防控失稳灾害提供试验依据.
关键词：松软煤体应变率力学特征参数能量耗散破碎特征
分类号：TD313(矿山压力与支护)
资助基金：安徽省高校自然科学研究资助项目(2023AH040153)国家自然科学基金(52004007)
论文发表日期：2025-04-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 244-254 )
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