煤厚效应下煤岩组合体力学损伤及渐进失稳特征
张俊文1
张随林1
卜小虎2
王凯3
宋治祥1
张杨1
董续凯1
吴少康1
邢晁瑞1
李贤1
徐维正1
白旭阳1
1.中国矿业大学(北京)能源与矿业工程学院,北京 1000832.长沙迪迈科技股份有限公司,湖南 长沙 4100003.中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院,北京 100083
摘要：煤岩厚度变异是煤矿开采中常见的地质条件,不仅增加开采技术难度,还可能诱发冲击地压等动力灾害.有效揭示煤岩厚度变异的冲击地压发生规律对于工程设计及灾害防治至关重要,为此开展不同厚度比的冲击倾向性煤岩组合体单轴加载试验.通过试验与理论对比,分析试样峰值强度、峰值应变、等效弹性模量等力学特性的煤厚效应.构建能量演化多指标体系,从结构与能量协同演化角度分析试样储能极限、破坏耗能、储能效率、耗能效率、能量转化效率等的煤厚效应.结合声发射监测,分析试样加载过程各阶段的能量-频次特征,基于高斯混合模型优化的反映声发射信号特征的特征值RA-AF裂纹模式判别标准,量化试样破裂模式的煤厚效应.融合分形维数D值与声发射b值,识别试样早期损伤局部化及临界失稳前兆特征,定量分析试样损伤失稳预警阈值及预警窗口的煤厚效应.构建工程尺度煤岩厚度变异力学模型,揭示煤岩厚度变异致灾机制,获得灾害防控的工程启示.结果表明:煤厚占比增大,试样峰值强度和等效弹性模量均非线性递减,峰值应变非线性递增;煤厚占比增大,试样储能极限、破坏耗能、储能效率等均非线性递减,破坏耗能效率、能量转化效率均非线性递增;煤厚占比增大,试样张拉破裂占比线性递减,冲击危险性降低,试样损伤失稳预警阈值非线性递增,预警窗口缩短;煤厚变异致灾机制为地层垂直方向能量势差及水平方向能量梯度效应的综合作用,结合煤层推进方向冲击危险性分析及工程实践,得出煤层由低煤厚区向高煤厚区推进为优的启示.
关键词：煤岩组合体力学特性能量演化煤厚效应冲击地压
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(U23B2093)国家自然科学基金(52034009)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：21( 96-116 )
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