煤田地质与勘探

作者：张向阳, 童治鹏, 段云刚, 杨伟昆, 陈建本, 许林峰,

关键词：煤岩组合体, 浸水状态, 分离式霍普金森压杆(SHPB), 冲击气压, 动力响应, 分区控制,

背景实际工程中的防水煤柱通常会遭受来自上覆岩层不同程度大小的动载作用，且其内部水分布具有非均匀性，传统“含水率”指标虽能反映整体含水量，却难以刻画浸水空间的非均匀特性，故明确不同浸水状态下煤岩体的动力破坏机制对稳定性分区控制具有重要意义。方法基于此，制备完全浸水、单侧浸水、不浸水3种不同浸水状态下的煤岩组合体，采用高速摄像、DIC、CT扫描等方法，开展SHPB试验及FLAC-PFC3D耦合数值模拟，分别从宏观和细观角度对比其各受0.3、0.5、0.7 MPa冲击气压下的应力应变、裂纹扩展、能量分配、力链结构演化特征。结果和结论(1)煤岩组合体的惯性约束效应和应变率强化效应使其峰值应力和弹性模量随冲击气压增大而增大，但浸水软化则具有削弱作用。(2)浸水软化让裂纹尖端更易发生转向，形成曲折的复合拉剪路径，而干燥煤体则保持脆性张拉破裂。随着冲击气压增大，主裂纹逐渐向界面靠近，损伤程度从微观向宏观演进，裂纹类型由单一向复合发展。(3)相同浸水状态下，中、高强度冲击气压大小的改变，对反射能、耗散能和透射能的占比影响较小。反之，相同冲击气压下，不同浸水状态却显著影响着各部分能量占比。(4)浸水作用促进力链退化，使冲击气压驱动体系从均匀耗能向局部承载转变，且随着冲击气压增大与浸水体积减小，煤岩组合体将从拉伸破坏转变成剪切破坏为主导。研究成果可为动载防水煤柱稳定性分区控制提供理论基础。

来源：2026年第4期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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