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煤厚效应下煤岩组合体力学损伤及渐进失稳特征
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作者 张俊文 张随林 +9 位作者 卜小虎 王凯 宋治祥 张杨 董续凯 吴少康 邢晁瑞 李贤 徐维正 白旭阳 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第9期96-116,共21页
煤岩厚度变异是煤矿开采中常见的地质条件,不仅增加开采技术难度,还可能诱发冲击地压等动力灾害。有效揭示煤岩厚度变异的冲击地压发生规律对于工程设计及灾害防治至关重要,为此开展不同厚度比的冲击倾向性煤岩组合体单轴加载试验。通... 煤岩厚度变异是煤矿开采中常见的地质条件,不仅增加开采技术难度,还可能诱发冲击地压等动力灾害。有效揭示煤岩厚度变异的冲击地压发生规律对于工程设计及灾害防治至关重要,为此开展不同厚度比的冲击倾向性煤岩组合体单轴加载试验。通过试验与理论对比,分析试样峰值强度、峰值应变、等效弹性模量等力学特性的煤厚效应。构建能量演化多指标体系,从结构与能量协同演化角度分析试样储能极限、破坏耗能、储能效率、耗能效率、能量转化效率等的煤厚效应。结合声发射监测,分析试样加载过程各阶段的能量-频次特征,基于高斯混合模型优化的反映声发射信号特征的特征值RA-AF裂纹模式判别标准,量化试样破裂模式的煤厚效应。融合分形维数D值与声发射b值,识别试样早期损伤局部化及临界失稳前兆特征,定量分析试样损伤失稳预警阈值及预警窗口的煤厚效应。构建工程尺度煤岩厚度变异力学模型,揭示煤岩厚度变异致灾机制,获得灾害防控的工程启示。结果表明:煤厚占比增大,试样峰值强度和等效弹性模量均非线性递减,峰值应变非线性递增;煤厚占比增大,试样储能极限、破坏耗能、储能效率等均非线性递减,破坏耗能效率、能量转化效率均非线性递增;煤厚占比增大,试样张拉破裂占比线性递减,冲击危险性降低,试样损伤失稳预警阈值非线性递增,预警窗口缩短;煤厚变异致灾机制为地层垂直方向能量势差及水平方向能量梯度效应的综合作用,结合煤层推进方向冲击危险性分析及工程实践,得出煤层由低煤厚区向高煤厚区推进为优的启示。 展开更多
关键词 煤岩组合体 力学特性 能量演化 煤厚效应 冲击地压
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