蠕变损伤煤岩分段增幅循环劣化机制
李杨杨
张士川
沈宝堂
许亚栋
党金铭
侯嘉琦
山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地,山东 青岛 266590;山东科技大学能源与矿业工程学院,山东 青岛 266590
摘要：受开挖影响,深部煤岩在高应力长时作用下产生明显的蠕变损伤,在工作面采动作用下已蠕变损伤的煤体突变失稳诱发冲击地压灾害,给深部煤柱安全回采造成了严重威胁.基于长时蠕变-循环载荷-卸围压试验,研究了初始蠕变损伤与循环载荷叠加作用下煤岩劣化特性的演化规律,分析了循环载荷下不同应力区间煤岩的强度特征及累积损伤特性,探究了循环载荷次数对煤岩蠕变损伤效应的组合作用机制,揭示了蠕变损伤效应下煤岩变形破坏过程中能量的转化机理.结果表明:煤岩在循环载荷低应力区间内受蠕变预损伤效应影响较小,随应力水平区间的上升,煤岩的长时损伤越大且非线性劣化越明显,失稳后的破裂程度越剧烈;当蠕变应力处于弹性阶段内,蠕变可使经历周期载荷煤样在强化到劣化之间存在时长不超过 16 h,在高应力区间内劣化作用才得到显著呈现;循环加卸载后期,加卸载变形模量随循环次数剧烈波动,不可逆形变稳定增加,预示煤样处于即将失稳破坏的"临界点".基于损伤力学理论创建了蠕变与循环载荷叠加作用损伤演化模型,结合试验结果发现长时蠕变后的煤样因内部劣化程度较高,储存的能量较少,应力释放有所缓和,突变失稳现象不明显;煤样储能能力的大小在蠕变损伤时长方面同样存在"临界点",较长的蠕变损伤时长可使试样存储的可释放弹性能减小,在一定程度上延缓了弹性能的释放,减小了发生动力灾害破坏的范围.研究成果将对减少遗煤长时蠕变诱冲灾害,提高采空区遗煤回采效率,推动矿区生态文明建设具有重要的工程意义.
关键词：蠕变循环载荷卸围压损伤煤岩非线性劣化
分类号：TD313(矿山压力与支护)TQ531.4(煤化学及煤的加工利用)
资助基金：国家自然科学基金(52474137)国家重点实验室开放基金(GJNY-20-113-19)
论文发表日期：2025-05-30
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：13( 64-76 )
英文信息