含软弱夹层煤岩界面超低摩擦效应试验研究

作     者：李利萍 余泓浩 张海涛 潘一山 LI Liping;YU Honghao;ZHANG Haitao;PAN Yishan

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：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2023年第42卷第7期

页      面：1638-1649页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 080104[工学-工程力学] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

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

主　　题：岩石力学 煤岩界面 软弱夹层 超低摩擦效应 煤岩块体 

摘      要：为揭示动载扰动作用下煤岩界面软弱夹层特性对超低摩擦型冲击地压影响机制,采用自制煤岩界面超低摩擦试验装置,以沈阳红阳三矿煤层和砂岩顶底板为研究对象,将煤粒、砂岩粒和煤砂粒铺置于煤岩界面,通过改变软弱夹层介质、厚度、粒径模拟不同软弱夹层特性,以煤块为工作块体,利用其水平位移表征超低摩擦效应强度,进行煤岩界面不同软弱夹层特性对煤岩块体超低摩擦效应影响试验。研究结果表明:(1)垂直扰动幅值与超低摩擦效应强度呈线性增加关系。垂直扰动频率与超低摩擦效应强度间关系存在显著影响区。煤岩界面无软弱夹层时,垂直扰动频率为1~4 Hz时存在显著影响区;煤岩界面含软弱夹层时,垂直扰动频率为1~6 Hz时存在显著影响区。显著影响区范围内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。(2)垂直冲击扰动频率和幅值一定时,含软弱夹层煤岩界面发生超低摩擦效应强度分别为干摩擦和胶结煤岩界面的2.25和8.84倍。煤岩界面含煤粒、砂粒和煤砂粒软弱夹层时,随扰动幅值增加超低摩擦效应强度平均增幅分别为33.5%,57.1%,42.4%。(3)煤岩界面含软弱夹层、夹层厚度(5 mm)越大、夹层粒径(20~35目)越小时,煤岩界面更易发生超低摩擦效应。(4)结合红阳三矿超低摩擦型冲击地压事故实例分析,表明含软弱夹层煤岩界面更易发生煤体失稳,从而诱发超低摩擦型冲击地压。