岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (11): 4203-4212.doi: 10.16285/j.rsm.2018.192

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

组合煤岩破坏过程能量耗散特征及冲击危险评价

肖晓春1, 2，樊玉峰3，吴迪3，丁鑫3，王磊3，赵宝友3   

  1. 1. 绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴 312000；2. 绍兴文理学院 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室，浙江 绍兴 312000； 3. 辽宁工程技术大学 力学与工程学院，辽宁 阜新 123000
  • 收稿日期:2018-10-19 出版日期:2019-11-11 发布日期:2019-11-12
  • 通讯作者: 樊玉峰，男，1995年生，硕士研究生，主要从事矿山岩石力学和煤矿安全的研究。E-mail：fyf5925@163.com E-mail:xxc7902@163.com
  • 作者简介:肖晓春，男，1979年生，博士，教授，博士生导师，主要从事煤矿动力灾害发生机制及预警预测方法的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No.51774164，No.51974186，No.51974147）。

Energy dissipation feature and rock burst risk assessment in coal-rock combinations

XIAO Xiao-chun1, 2, FAN Yu-feng3, WU Di3, DING Xin3, WANG Lei3, ZHAO Bao-you3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics and Geohazards of Zhejiang Province, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 3. School of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000, China
  • Received:2018-10-19 Online:2019-11-11 Published:2019-11-12
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51774164，51974186，51974147).

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摘要： 为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律，通过组合煤岩单轴压缩试验，从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论，研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系，以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响，提出一种利用煤岩结构力学特性判定冲击危险的方法。结果表明：随组合煤岩顶板岩石高度增加，试样整体强度和弹性模量增加，峰后应变软化过程缩短；岩石高度的增加，岩石与煤的弹性模量差值的减小均会导致冲击危险增加；通过对组合煤岩中岩石和煤的高度及其力学性质分析，提出了组合煤岩冲击倾向性判定指数，利用冲击倾向性判定指数对组合煤岩冲击危险进行评价，其准确度和实用性优于传统模糊判定的“四指标”方法，为深入开展煤岩组合结构冲击倾向评价提供了试验和理论支持。

关键词: 组合煤岩, 能量耗散, 力学性质, 分形维数, 声发射, 冲击危险

Abstract: To explore the energy dissipation of coal-rock combinations failure, uniaxial compression experiments were conducted to investigate the failure process characteristics in terms of the energy. Meanwhile, the relationships of failure and acoustic emission signal were discussed based on fractal dimension. Method for evaluating the risk of rock burst was proposed, based on the investigation of the different combination structures influence on energy dissipation of coal-rock combination. The results show that when the rock height increases, the strength and elastic modulus increase, and the softening process decreases. The raise of rock height could increase the impact risk, as well as the reduction of difference between the elastic modulus of rock and coal. In addition, a new decision method was proposed based on the analyses of height and mechanical properties of coal-rock combination, compared with the “four index” of traditional fuzzy evaluation. The result of assessing the rock burst index by the decision method has higher accuracy and practicability. These results provide the data and theoretical support for further development study of rock burst risk in coal-rock combinations.

Key words: coal-rock combination, energy dissipation, mechanics property, fractal dimension, acoustic emission, rock burst risk

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