动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征试验研究
刘怀谦1
赵洪宝2
王磊3
马庆4
于美鲁3
胡浩3
王春华5
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 232001;贵州省矿山安全科学研究院有限公司,贵州 贵阳 5500252.中国矿业大学(北京)能源与矿业学院,北京 1000833.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 2320014.清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 1000845.贵州省矿山安全科学研究院有限公司,贵州 贵阳 550025
摘要：为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐明含瓦斯煤耗能密度与碎屑分形间的内在联系.结果表明:①含瓦斯煤冲击过程能量转化具有同步性,且耗散能时程曲线与煤体变形阶段相对应,即当含瓦斯煤丧失承载能力时,动态应力-应变曲线形态为抛物线型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与能量释放阶段;特别地,当轴压导致含瓦斯煤处于弹塑性或塑性状态时,耗散能时程曲线可直接划分为弹塑性或塑性耗能阶段与能量释放阶段;当含瓦斯煤仍具有承载能力时,动态应力-应变曲线形态为倒钩型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与耗散能回弹阶段,耗散能回弹阶段可导致煤壁片帮或巷道岩爆.②含瓦斯煤耗散能随冲击速度升高而增大,耗能占比基本恒定,其值介于 31.1%～34.0%,碎屑分维随耗能密度升高呈指数增长;存在临界轴压比使耗散能与耗能占比呈先下降后上升趋势,碎屑分维随耗能密度变化具有分段性,当试样处于持续储能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而降低;当试样处于持续释能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而升高,此时轻微动力扰动即可导致煤岩失稳.研究丰富了煤岩瓦斯动力灾害诱发机制的基础理论,可为煤岩瓦斯动力灾害的监测、预警以及防治技术提供理论支撑.
关键词：动静荷载含瓦斯煤变形阶段能量耗散破碎特征
分类号：TD824(矿山开采)
资助基金：安徽理工大学高层次引进人才科研启动基金资助项目(2023yjrc141)国家重点实验室开放基金(SKLMRDPC19KF01)
论文发表日期：2025-07-31
在线出版日期：2025-08-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 3488-3503 )
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