多元扰动行为下深部高应力煤体扩容与压实特性
刘超1
田加宝2
戚靖骅3
王亮4
段敏克5
余北辰4
刘众众3
1.安徽理工大学安徽省关闭废弃矿井资源开发利用工程研究中心,安徽 淮南 232001;中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 2211162.兖矿能源集团股份有限责任公司济宁三号煤矿,山东 济宁 2720003.中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 2211164.中国矿业大学煤矿灾害防控全国重点实验室,江苏 徐州 2211165.安徽理工大学安徽省关闭废弃矿井资源开发利用工程研究中心,安徽 淮南 232001
摘要：深部煤体处于高地应力环境中,其在外界扰动作用下的力学与变形行为不同于浅部煤层.由此进行了多种扰动模式(高压注水、卸压钻孔和循环加卸载)下高应力含瓦斯煤体加载破坏试验.研究表明:高应力煤体趋向延性状态转化,未出现明显的峰后应力降.以剪切和拉伸型破裂为主的深部高应力煤体表现出峰后线性扩容行为.相比纯力学破坏,含水平孔和高压注水煤体的强度分别降低了 29.1%和 4.1%,它们对煤体力学性能和强度的劣化机制不同,前者是由垂向变形持续增加引起钻孔塌陷和压实区形成所致;后者是由于高压注水抵消了裂隙面法向应力,促使水平向煤体快速膨胀,导致其扩容失稳,诱发剪切破断所致.含水平孔煤体在峰值应力处的剪胀系数β=-1.524<0,也表明其处于压实状态,利用单屈服面模型证明了其在峰后出现体积压实行为的合理性.等幅加卸载扰动对弹性高应力煤体力学性能起着循环强化作用,其强度提升了 18.0%～27.0%,出现了显著的峰后扩容行为.由于卸荷作用对煤体变形影响更大,其各向不可恢复压实应变(ΔεH、Δεv和Δεh)随加载次数增加而增大,表现为各向呈压缩趋势的应变硬化现象,这与循环加卸载对岩石产生疲劳损伤现象相反.研究成果可为深部高能煤层解危、立体缝网改造和渗流评估等工程问题提供借鉴.
关键词：含瓦斯煤深部高应力扰动扩容压实
分类号：TD821(矿山开采)
资助基金：国家科技重大专项(2024ZD1004501)国家自然科学基金(52304265)安徽省关闭/废弃矿井资源开发利用工程研究中心开放基金资助项目(EUCMR202304)
论文发表日期：2025-10-31
在线出版日期：2025-11-18（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 125-137 )
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