应力波扰动对块系煤岩组合体超低摩擦效应影响的实验研究

作     者：李利萍 张海涛 潘一山 鞠翔宇 唐垒 李明会 LI Liping;ZHANG Haitao;PAN Yishan;JU Xiangyu;TANG Lei;LI Minghui

作者机构：辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学物理学院辽宁沈阳110036 

出 版 物：《实验力学》 (Journal of Experimental Mechanics)

年 卷 期：2022年第37卷第4期

页      面：585-596页

核心收录：

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51974148) 辽宁省“兴辽英才计划”项目(XLYC1807130) 

主　　题：冲击地压 煤岩组合体 应力波扰动 超低摩擦效应 水平位移 

摘      要：随着煤矿开采深度增加,煤岩体破碎呈块系状,爆破、顶板断裂、集中开采等外力冲击作用下,煤岩巷道容易失稳发生超低摩擦效应,影响开采作业。基于顶板-煤层-底板实际工况建立块系煤岩组合体实验模型,顶底板岩块均为砂岩块体,利用自主研制的块系岩体超低摩擦实验系统,研究应力波扰动作用下块系煤岩组合体的超低摩擦效应特征规律。以煤块水平位移和加速度作为反映超低摩擦效应强度的特征指标,探究煤岩组合体在轴压、水平冲击及垂直应力波扰动复合加载作用下,不同应力波扰动(频率1~10Hz、幅值0~1MPa)时块系煤岩组合体的动力响应情况。研究结果表明:应力波扰动频率在1~3Hz时,煤块、岩块的水平位移和加速度最大值均有显著增大,超低摩擦效应强度增大,且在相同条件下煤块水平位移和加速度幅值较岩块响应更为剧烈;煤块、岩块的水平位移和加速度最大值随应力波扰动强度增加呈线性增加的趋势,即应力波扰动强度越大,煤岩组合体超低摩擦效应强度越大,极易诱发动力灾害;应力波扰动使得块体间法向力在一定程度上的降低,是煤岩组合体滑动失稳的重要原因;煤岩组合体动能主频主要分布在20Hz以内时,较易发生超低摩擦效应。