岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (10): 3093-3103.doi: 10.16285/j.rsm.2024.1215CSTR: 32223.14.j.rsm.2024.1215

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

含水煤块超低摩擦效应试验研究

李利萍1，余泓浩1，李秋雨1，潘一山2   

  1. 1．辽宁工程技术大学 力学与工程学院，辽宁 阜新 123000；2．辽宁大学 灾害岩体力学研究所，辽宁 沈阳 110036
  • 收稿日期:2024-10-08 接受日期:2025-06-09 出版日期:2025-10-11 发布日期:2025-10-13
  • 作者简介:李利萍，女，1983年生，博士，教授，博士生导师，主要从事深部岩体力学特性方面的教学与研究工作。E-mail: liliping@lntu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（51974148）；辽宁省“兴辽英才计划”项目（XLYC1807130）

Experiment on ultra-low friction effect of water-bearing coal block

LI Li-ping1, YU Hong-hao1, LI Qiu-yu1, PAN Yi-shan2   

  1. 1. School of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin, Liaoning 123000, China; 2. Institute of Disaster Rock Mechanics, Liaoning University, Shenyang, Liaoning 110036, China
  • Received:2024-10-08 Accepted:2025-06-09 Online:2025-10-11 Published:2025-10-13
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51974148) and the Liaoning Xingliao Talent Program (XLYC1807130).

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摘要： 为研究煤矿开采过程中超低摩擦型冲击地压与煤体含水特性的关系，以沈阳某矿为研究对象，通过煤块含水率和浸水高度分别模拟深部煤体整体含水状态和分层含水状态，进行深部含水煤块超低摩擦效应试验。试验结果表明：（1）不同含水率和浸水高度下，煤块在垂直扰动频率为2.0～3.5 Hz时均存在显著影响区，此时超低摩擦效应强度和阻力变化显著；（2）与干燥煤块相比，煤块含水率为11.7%（自然含水率）、13.12%、14.54%、15.67%和16.12%（饱和含水率）时，超低摩擦效应强度平均增降幅分别为76.64%、2.74%、25.09%、36.90%和−17.49%，平均煤岩界面摩擦力分别为5.04、4.96、4.74、4.64、4.65 kN；（3）与未浸水条件相比，煤块浸水高度为25、50、75 mm时，超低摩擦效应强度平均增降幅分别为−16.28%、19.83%、100.98%，平均煤岩界面摩擦力分别为7.30、6.73、7.16 kN；（4）当煤块含水率为11.7%，浸水高度为75 mm时，超低摩擦效应强度最高；当煤块含水率为16.12%，浸水高度为25 mm时，超低摩擦效应强度最弱。实际工况中须合理控制煤体含水率和浸水高度，防止超低摩擦型冲击地压灾害发生。

关键词: 岩石力学, 超低摩擦效应, 煤岩块体, 含水特性, 煤岩界面

Abstract: To investigate the relationship between ultra-low friction rock burst and water content characteristics of coal body during mining, a mine in Shenyang was selected as the research object. The water content and water immersion height of coal block and were used to simulate the overall and layered water content characteristics of deep coal body, respectively. The ultra-low friction effect test on deep water-bearing coal block was carried out. The results show that: (1) When the vertical disturbance frequency is 2.0–3.5 Hz, there is a significant influence area for coal blocks with different water contents and immersion heights. Currently, the strength and resistance of ultra-low friction effect change significantly. (2) Compared to dry coal block, when the moisture content of the coal block is 11.7% (natural moisture content), 13.12%, 14.54%, 15.67% and 16.12% (saturated moisture content), the average increasing or decreasing amplitude of the ultra-low friction effect strength is 76.64%, 2.74%, 25.09%, 36.90% and −17.49%, and the average coal-rock interface friction is 5.04, 4.96, 4.74, 4.64 kN and 4.65 kN, respectively. (3) Compared to non-soaking condition, when the coal block is immersed in water at a height of 25, 50 mm and 75 mm, the average increasing or decreasing amplitude of the ultra-low friction effect strength is −16.28%, 19.83% and 100.98%, and the average coal-rock interface friction is 7.30, 6.73 kN and 7.16 kN, respectively. (4) The ultra-low friction effect strength is the highest when the moisture content is 11.7% and the immersion height is 75 mm. It is the weakest when the moisture content is 16.12% and the immersion height is 25 mm. In the actual working conditions, it is necessary to reasonably control the moisture content of coal body and the immersion height to prevent the occurrence of ultra-low friction type rock burst disasters.

Key words: rock mechanics, ultra-low friction effect, coal rock block, water-bearing features, coal-rock interface

中图分类号: TU 453
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