煤田地质与勘探

作者：田雨, 林海飞, 李树刚, 双海清, 徐培耘, 刘思博, 季鹏飞, 崔名威,

关键词：破碎岩体, 压缩变形, Talbot指数, 相对破碎指数, 应变能密度,

目的为研究采空区垮落带破碎岩体压缩过程中的变形特征与能量耗散特性，揭示其对上覆岩层移动破坏及地表沉陷的影响机制。方法利用自主研发的破碎岩体侧限压缩试验系统，开展不同Talbot指数及轴向应力下破碎岩体侧限压缩试验，分析受压过程中破碎岩体轴向位移、空隙率、相对破碎指数、分形维数及应变能密度变化规律，量化应变能密度随轴向应变及相对破碎指数的变化关系，揭示轴向应力与Talbot指数对破碎岩体压缩过程的影响机制。结果和结论破碎岩体轴向位移、相对破碎指数随Talbot指数及轴向应力的增大而增大，空隙率随轴向应力及Talbot指数的增大而减小；根据破碎岩体非线性承载特征将压缩过程划分为3个阶段：空隙压密阶段(σ< 4 MPa)、破碎填充阶段(4 MPa≤σ<6 MPa)及稳定压固阶段(σ≥6 MPa)。随着轴向应力增加，不同Talbot指数试样分形维数均呈增大趋势，但增长幅度逐渐减小，相同轴向应力下，随着Talbot指数的增大，试样分形维数单调减小，试样分形维数变化幅度与其压缩过程具有明显对应性。破碎岩体应变能密度随轴向应变及相对破碎指数的增大而增大，相同轴向应变或相对破碎指数下，Talbot指数越大，应变能密度越小；加载初期，相同轴向应变下破碎岩体应变能密度差异性较小，随着加载过程的不断进行，应变能密度差异性逐渐增大。研究结果可为煤矿采空区安全治理、地表沉降预测提供一定理论依据。

来源：2025年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2025年第10期