煤炭科学技术

作者：陈光波, 李谭, 杨磊, 张国华, 吕鹏飞, 滕鹏程,

关键词：水岩作用, 煤岩组合体, 浸水时间, 力学特性, 声发射, 煤体损伤,

水岩相互作用是地下采矿工程活动中的常见问题。为研究水岩作用下煤岩组合体的力学特性、损伤特征及劣化机制，对不同浸水时间下的细砂岩−煤(FM)、粗砂岩−煤(GM)、细砂岩−煤−粗砂岩(FMG)3种组合体开展了轴向压缩试验。结果表明：①组合体含水率随浸水时间增加而增大，浸水20 d以后达到饱水状态；5～15 d为组合体的吸水区，15～20 d为组合体近饱和区，20～25 d为组合体的饱和区。②水岩作用下3种组合体的抗压强度、弹性模量、峰前能量、冲击能量指数等参数具有明显的劣化效应，其参数值均随浸水时间增加而减小；浸水5～15 d阶段为峰前能量陡降区，浸水15～25 d阶段为峰前能量缓降区；浸水时间5～15 d，组合体冲击能量指数劣化明显，15 d之后，劣化效应较弱；浸水5～10 d组合体为弱冲击倾向性，浸水15～25 d组合体无冲击倾向性。③随着浸水时间增加，组合体的声发射累积数显著下降。利用损伤理论构建了基于浸水时间的组合体损伤模型，该模型揭示了损伤变量与浸水时间的关系，反映了随着浸水时间增加，组合体的损伤程度增大的规律。④推导了类孔隙比计算公式，组合体的类孔隙比为：FM组合体＜FMG组合体＜GM组合体；分析了组合体类孔隙比与抗压强度的关系，组合体类孔隙比越大，其抗压强度越小；⑤针对水岩作用下煤岩组合体的劣化效应，从物理、化学、力学3方面，分析了水岩作用下煤岩组合体的劣化机理。⑥对鹤岗矿区某煤矿采矿区积水影响下的煤岩柱破坏特征和变形规律进行分析，水岩作用下煤岩体强度和稳定性具有明显的劣化效应，并且这种劣化效应在浸水初期更为明显，随着浸水时间增加，劣化效应逐渐减弱，这与试验结论相一致。

来源：2023年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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