低频动力扰动下高应力煤柱渐进损伤破坏特征及机理研究
冯文明1
郭军2
冯国瑞1
白锦文1
罗文3
文晓泽1
张亮1
刘全1
李丽绒4
陈添明5
1.太原理工大学 矿业工程学院,山西 太原 030024;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西 2.太原理工大学 矿业工程学院,山西 太原 030024;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室,山西 3.国能神东煤炭集团有限责任公司,陕西 神木 7193154.山西焦煤集团有限责任公司,山西 太原 0300245.三一汽车制造有限公司,湖南 长沙 410100
摘要：采掘工作面过煤柱时常常会遇到煤柱超前动力失稳问题.为探究开采扰动对煤柱动态失稳的影响机制,开展了低频扰动荷载作用下高应力煤柱的动态压缩试验.结果表明:①煤样在高应力(80%单向约束抗压强度(UCCS))状态下的破坏存在应力门槛值,门槛值为15%UCCS,越过应力门槛值的高应力煤样破坏前的扰动荷载周期数随幅值增加呈现指数型衰减的规律,幅值的升高会显著劣化煤样的承载能力.②越过应力门槛值的煤样在扰动荷载作用过程中的不可逆应变、耗散能、割线模量和阻尼比均呈现 3 阶段演化规律;此外,随幅值的增加,煤样扰动过程中累计耗散能线性增加,最大值为 241.932 kJ/m3,割线模量均值线性减小,最小值为 1.101 GPa,而阻尼比均值呈现指数增加的规律,最大阻尼比为 1.593,即幅值的增加使煤样内部劣化得更加严重.③煤样扰动荷载施加的初期阶段声发射(AE)能量的大幅增加可作为判断煤样在扰动荷载作用下是否破坏的超前判据,累计振铃计数第 2 次激增可以作为越过门槛值煤样破坏的前兆信息;随着幅值的增加,煤样扰动全过程声发射b值线性减小,最小值为 1.369,即幅值越大,煤样破坏得越突然、越剧烈.④随着幅值的增加,越过应力门槛值煤样的破裂模式由剪切破裂为主逐渐过渡到以张拉或混合破裂为主.本研究可为小窑破坏区复采工作面过煤柱时采掘强度控制及充填加固煤柱设计提供参考.
关键词：扰动荷载幅值高应力能量耗散AE特征
分类号：TD315(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52474142)山西省基础研究计划自然科学研究面上资助项目(202303021211062)国家自然科学基金(52525401)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-07（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 176-191 )
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