岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 15-27.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1101
杨 科1, 2, 3, 4,刘文杰1, 3, 4,马衍坤1, 3, 4,许日杰1, 3, 4,池小楼1, 3, 4
YANG Ke1, 2, 3, 4, LIU Wen-jie1, 3, 4, MA Yan-kun1, 3, 4, XU Ri-jie1, 3, 4, CHI Xiao-lou1, 3, 4
摘要: 煤岩复合承载结构所处的应力边界条件不同,冲击地压在巷道中的显现特征和前兆规律亦不相同。采用高频振动采集及孔内成像三轴动静载试验系统,开展了高静载和动静载耦合作用下煤岩组合体真三轴单面临空试验,分析了煤岩组合体界面处力学特征和强度条件,探究了不同应力边界下煤岩组合体的破坏形态、动力显现特征和声发射信号的演变规律。研究结果表明:(1)受煤岩变形相互制约的影响,交界面处砂岩强度被“弱化”。当界面处煤体裂隙尖端的应力大于“弱化”后砂岩强度时,裂隙将穿过煤岩界面发育至砂岩中,砂岩呈现出屈曲层裂、劈裂成板的破坏形态。(2)高静载作用下,煤岩组合体变形破坏特征和声发射信号具有明显的前兆规律,组合体发生承载失效前煤体局部颗粒弹射动能增大、弹射颗粒块度降低,声发射信号由“高频低能”向“高频高能”转变,组合体的破坏形态以剪切?张拉复合破坏为主。(3)受冲击动载影响,顶底板砂岩夹持作用减弱,煤体裂纹尖端应力得不到有效积聚,裂纹扩展到煤岩交界面时被阻隔,组合体以煤样的张拉破坏为主,声发射信号呈现出“高频高能”的特点,但大多集中在冲击破坏之后,导致组合体动力破坏难以预测。(4)与纯静载作用相比,虽然动静载耦合作用下静载水平较低,但煤岩组合体的抛射质量和抛射碎块的分形维数较大、平均破碎块度较小,说明动载对煤岩组合体的破坏起到了正向激励的作用,静载为煤岩体动力破坏提供了应力和能量条件。
中图分类号:
[1] | 刘轩廷, 陈从新, 刘秀敏, 夏开宗, 张褚强, 王田龙, 王月, . 充填开采下顶板−间柱支撑体系的突变失稳分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2461-2471. |
[2] | 吴振华, 潘鹏志, 潘俊锋, 王兆丰, 高家明. 地堑构造区冲击地压发生机制及矿震活动规律[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2225-2238. |
[3] | 张褚强, 沈强, 陈从新, 夏开宗, 王田龙, 刘轩廷, . 程潮铁矿西区分段崩落法开采影响范围和 极限角研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1713-1723. |
[4] | 王爱文, 高乾书, 潘一山, . 煤层钻孔降倾-控变-耗能防冲机制试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1230-1244. |
[5] | 姚精明, 许自文, 王建, 王路. 锚杆−泡沫铝联合支护防治冲击地压试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 620-626. |
[6] | 杨括宇, 陈从新, 夏开宗, 宋许根, 张伟, 张褚强, 王田龙. 崩落法开采金属矿巷道围岩破坏机制的断层效应[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 279-289. |
[7] | 陈光波, 秦忠诚, 张国华, 李谭, 李敬凯, . 受载煤岩组合体破坏前能量分布规律[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2021-2033. |
[8] | 王凯兴, 窦林名, 潘一山, OPARIN V N . 块系岩体非协调动力响应特征试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1227-1234. |
[9] | 宋文成, 梁正召, . 承压水上开采倾斜底板破坏特征 与突水危险性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 624-634. |
[10] | 王飞飞, 任青阳, 邹平, 虎万杰, 马增, 刘正宇, 陈斌, . 查干敖包铁锌矿地表塌陷形成机制 与发展机制研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3757-3768. |
[11] | 王 岗, 潘一山, 肖晓春, . 单轴加载煤体破坏特征与电荷规律研究及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1823-1831. |
[12] | 朱斯陶, 姜福兴, 朱海洲, 张俊杰, 连鸿全, 韩国庆, . 高应力区掘进工作面冲击地压事故发生机制研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 337-343. |
[13] | 潘俊锋,夏永学,冯美华,秦子晗. 影响冲击地压危险性评价结果的II类开采技术因素研究[J]. , 2017, 38(S1): 367-373. |
[14] | 肖晓春,丁 鑫,赵 鑫,潘一山,王爱文,王 磊,. 加载速率影响的煤体破裂过程声-电荷试验研究[J]. , 2017, 38(12): 3419-3426. |
[15] | 张东明,郑彬彬,张先萌,齐消寒,白 鑫, . 含瓦斯砂岩卸围压变形特征与渗透规律试验研究[J]. , 2017, 38(12): 3475-3483. |
|