煤炭科学技术

作者：胡博胜, 伍永平, 文虎, 解盘石, 王红伟,

关键词：大倾角煤层, 飞矸灾害, 应变率效应, 分形维数, 碎裂机制,

飞矸灾害长期威胁大倾角、急倾斜煤层长壁工作面人员和设备安全，单一飞矸迁移过程碰撞破碎衍生出大量“子矸”，其动力损害具有突发性，揭示冲击载荷作用下煤岩体破碎特征是准确掌握飞矸动力损害的重要前提。综合运用分离式霍普金森压杆试验、数值SHPB试验和物理模拟开展冲击载荷作用下煤岩体破碎特征与碎裂机制研究，得到以下主要结论：高速冲击作用下煤岩破坏模式分为相对完整、单一劈裂和完全粉碎，破碎程度随着加载应变率增加而增加，分形维数D与应变率呈对数函数关系。相同应变率水平，煤岩抗压强度越小分形破碎程度越高；煤岩分形维数D与其几何尺度负相关；圆盘和立方体煤岩分形维数D与应变率均呈对数函数关系。立方体煤岩累积碰撞作用下内部节理裂隙发育，应力波传播呈现弥散性，在边缘应力集中并诱发破坏，即不规则形状煤岩外缘易率先与主体破坏分离从而导致其球形度增加。相反，飞矸运动过程棱角处更易受到碰撞而承受直接应力冲击而产生局部崩解。研究成果可为大倾角、急倾斜煤层飞矸灾害防控实践中挡矸网形状以及网格大小的选择提供一定的科学指导。飞矸涉及材料、几何等多源不确定因素，内部层理、裂隙分布及发育程度受开采扰动影响较大，其破碎分形特征更加趋于复杂，下一步将考虑以上因素对飞矸破碎特征的影响。

来源：2024年第10期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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