不同初始瓦斯压力下煤体动力学特性及其劣化特征

作     者：王磊 陈礼鹏 刘怀谦 朱传奇 李少波 范浩 张帅 王安铖 WANG Lei;CHEN Li-peng;LIU Huai-qian;ZHU Chuan-qi;LI Shao-bo;FAN Hao;ZHANG Shuai;WANG An-cheng

作者机构：安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 

出 版 物：《岩土力学》 (Rock and Soil Mechanics)

年 卷 期：2023年第44卷第1期

页      面：144-158页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：安徽省科技重大专项项目(No.202203a07020010) 安徽高校协同创新项目(No.GXXT-2020-055) 

主　　题：含瓦斯煤 动力学特性 工业CT扫描 裂隙 损伤变量 

摘      要：为探究不同初始瓦斯压力下煤体动力学特性及其劣化规律,利用自主研发的含瓦斯煤岩动静组合加载试验系统对含瓦斯煤开展冲击压缩试验,结合CT扫描系统分析了含瓦斯煤内部裂隙的扩展演化规律,并基于不同初始瓦斯压力下冲击煤样内部裂隙率增量定量表征了其细观损伤程度,探讨了冲击荷载作用下含瓦斯煤宏观力学参量劣化规律。研究结果表明:(1)冲击荷载作用下含瓦斯煤动态应力-应变曲线无明显压密阶段,分为线弹性阶段、塑性硬化阶段和破坏阶段,并发现随初始瓦斯压力升高,冲击煤样峰值强度、峰值应变和弹性模量均出现弱化现象;(2)瓦斯加剧了煤体内部裂隙的扩展和贯通,并根据CT扫描结果发现,含瓦斯煤冲击破坏模式主要以劈裂和层裂破坏为主,随初始瓦斯压力升高,两种破坏模式越显著,煤体内部裂隙数量及其损伤程度逐渐增大,空间裂隙网络更为复杂;(3)基于细观层面定义了损伤变量,得其值随初始瓦斯压力升高呈现二次函数上升,对比冲击载荷作用下煤体动态强度与以裂隙率增量定义损伤程度所得理论强度,验证了细观层面煤体裂隙率增量定义损伤变量的合理性,建立了含瓦斯煤细观劣化与宏观参量损失的内在联系。研究成果丰富了含瓦斯煤动力学基础理论,为矿井煤岩瓦斯复合动力灾害的防治提供了理论参考。