煤岩组合体的能量演化规律及差能失稳模型
左建平1
宋洪强2
1.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京 1000832.中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083
摘要：为有效评价煤岩组合模型的冲击倾向性,体现围岩性质对其失稳破坏的影响,首先对比了不同类型煤岩的能量积聚特性,发现同一应力水平时煤岩具有的弹性能密度主要取决于其弹性模量,且两者呈负相关关系.基于此,分析了煤岩组合试样中煤体、岩体的弹性能密度演化规律,表明煤体是组合试样中弹性能积聚与释放的主体;同时计算了两者的峰值弹性能密度差,发现该参量与组合试样破坏的剧烈程度密切相关,即峰值弹性能密度差越大,往往组合试样破坏越剧烈.基于大量试验数据讨论了影响该参量的因素,结果表明该参量与组合试样抗压强度、煤体弹性模量、岩煤高度比、岩煤弹模比等因素均具有正相关性,而与岩体弹性模量的关系不明确,其中抗压强度是主控因素.从非平衡热力学和耗散结构的观点出发,基于煤岩弹性能密度差的分析,构建了组合煤岩系统的差能失稳分析模型,当其处于临界态时,系统的弹性能密度差最大,此时系统处于最不稳定状态.据此,提出以煤岩系统的峰值弹性能密度差与失稳持续时间的比值作为评价煤岩组合体冲击倾向性的指标,该指标从煤岩整体系统的角度出发,考虑了煤体与岩体的力学特性及能量积聚性质的差异,本质上表征了煤岩系统失稳过程中储存弹性能的释放速率,并由试验与模拟数据验证了该指标的有效性.煤岩组合体差能失稳模型一定程度可反映煤岩组合冲击失稳的力学现象.
关键词：煤岩组合体峰值弹性能密度差差能失稳模型差能失稳指标冲击倾向性
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：北京市卓越青年科学家资助项目(BJJWZYJH01201911413037)国家自然科学基金(52225404)
论文发表日期：2022-08-28
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：15( 3037-3051 )
英文信息