单轴压缩下含钻孔煤样力学行为试验与数值模拟
焦振华1
倪志辉1
胡浩1
杨利文1
李睿2
马家宝1
1.安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室,安徽 淮南 2320012.安徽理工大学安全科学与工程学院,安徽 淮南 232001
摘要：煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术,为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律,通过开展单轴加载试验,并结合颗粒离散元模拟,分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演化规律、裂纹扩展破坏特征.发现含孔煤样的力学参数均显著低于完整煤样,随钻孔直径的增加,含孔煤样的峰值强度、峰值应变与弹性模量均呈衰减趋势.加载过程中含孔煤样在峰值应力前均出现应力突降现象,在数值模拟中表现更加明显,表明钻孔的存在破坏了煤样的原始结构,使其承载力发生弱化.完整和含孔煤样能量演化规律基本一致,在达到峰值强度前,以弹性能积聚为主,峰值强度后,耗散能急剧增加.相较于其他力学参数,弹性能指标下降幅度更大.钻孔直径越大,能量耗散比急剧上升时对应的应变越小,从而越不容易积聚能量发生冲击性破坏.通过数值模拟对比煤样破坏前后应力场分布可以看出,拉应力数值和分布范围均随钻孔直径增大而增大,钻孔直径对拉应力区域的扩展和拉应力的大小均有显著影响.从应力张量演化的分析中发现,应力的大小及方向对裂隙的萌生与发展均有导向作用,钻孔周围会出现明显的应力偏转现象.
关键词：钻孔煤样力学行为能量耗散破坏模式数值模拟
分类号：TD315.3(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52204083)安徽省自然科学基金面上资助项目(2208085ME119)
论文发表日期：2025-06-30
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：12( 108-119 )
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