煤炭科学技术

作者：王超杰, 唐泽湘, 徐长航, 杨洪伟, 刘鲁坦,

关键词：煤与瓦斯突出, 煤岩瓦斯动力灾害, 突出防治, 动态损伤, 裂纹扩展,

工作面采动应力场诱发煤体初始破坏，作为突出发生的必要条件，揭示其细宏观动态力学过程依然存在巨大挑战。基于采掘工作面典型突出事故，构建了采动煤体损伤失稳过程多变应力载荷路径。采用PFC3D离散元软件开展了多工况多尺度下煤体损伤失稳可视化模拟，揭示了采动煤体损伤失稳动态响应规律，阐明了采动煤体裂纹动态演变行为，并基于采动下地应力诱使煤体初始破坏规律提出了突出防治技术展望。结果表明：采动煤体随主应力加卸载速率的变化，其破坏类型和破坏强度差异明显。应力渐进卸载过程，煤体宏观破断面呈现单斜面或共轭剪切面形式，且随卸载速率增加，煤体破坏强度降低。随应力双向同等速率渐进加载，单向突然卸载或保持一定残余应力状态下呈现宏观破断面与中间主应力方向平行，且卸载程度增加或残余应力降低引发煤体破坏强度降低。不同应力载荷下，煤体破坏过程随剪切和张拉裂纹先后出现，呈现张剪破坏。在采动煤体损伤引发失稳过程中裂纹动态演变过程呈现间歇性、渐进性和阵发性复合特征。裂纹整体发育过程可表征为初期新裂纹出现（间歇性−突增阶段）、裂纹扩展（渐进性−慢增阶段）以及贯通并扩展（阵发性−慢增阶段）、整体撕裂煤体过程（骤增阶段）。煤体力学强度被视为影响突出发生的一主控因素，地应力诱发采动煤体初始破坏的难易程度关键在于应力加卸载路径。单向主应力突然卸载或双向主应力渐进卸载，煤体最易发生初始破坏。基于此力学规律，提出可表征工作面突出煤体最危险状态的“采掘工作面突出预测理想采动模式”。

来源：2023年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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