煤田地质与勘探

作者：欧阳振华, 刘洋, 李春雷, 史庆稳, 李文帅, 易海洋, 秦洪岩, 张宁博,

关键词：煤矿安全, 采掘扰动, 冲击动载, 声发射, 力学特性, 损伤机制, 损伤度, 预警信息,

目的矿井开采过程中，多次采掘扰动所引发的循环加卸载效应对煤体力学性能的改变是导致冲击地压灾害发生的原因之一。揭示煤体在此过程中的关键力学参数响应特征及损伤机制可为冲击失稳状态判别提供依据，对提升灾害预测能力具有重要意义。方法采用大尺寸类煤体试样，将准静态单轴循环加卸载和冲击动载相结合，精确捕捉试验过程中试样应力、应变以及声发射等响应信息，全面揭示多次采掘扰动作用下试样力学参数变化规律及损伤演化过程。结果和结论结果表明：(1)最高加载载荷是影响多次循环加卸载作用下损伤煤体力学性能的最关键因素，随着循环次数的增加，对于加载至屈服阶段的试样，其残余应变呈现先增大后减小再增大的变化趋势，耗散能密度及加载至最高载荷时所对应的声发射特征值逐渐增大，试样损伤程度不断增加；对于加载至弹性阶段的试样，其上述力学特征参数均呈现先减小后增大的变化趋势；而对于试验过程始终处于压密阶段的试样，3组数据均呈现不断减小的变化趋势。(2)在施加冲击动载作用后，3组试样均发生冲击破坏，前期准静态循环加卸载试验中所受载荷越小的试样，其损伤程度越小，发生冲击破坏所需的诱发动载强度越大，峰值破坏弹性模量越大。(3)从应变与能量2个角度对试样损伤度进行表征，通过对比分析，发现能量损伤度对此试验过程中试样损伤程度判别更为敏感。(4)对试样孔洞内部冲击破裂特征观察发现，试样在发生冲击破坏过程中共经历平静期、颗粒弹射期、稳定破坏期以及冲击破坏期4个阶段。(5)可将循环加卸载后期残余应变增大起始值以及冲击破坏过程中稳定破坏前期阶段作为损伤煤体冲击失稳前兆预警信息。研究获得了受多次采掘扰动煤体力学特性的演化规律，可为工程中损伤煤体冲击失稳状态判别提供理论依据，对于及时发现损伤煤体的潜在失稳风险，从而优化支护方案，确保矿井安全开采具有重要意义。

来源：2024年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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