煤炭科学技术

作者：朱传奇, 王磊, 刘怀谦, 陈礼鹏, 张帅,

关键词：松软煤体, 应变率, 力学特征参数, 能量耗散, 破碎特征,

深部冲击荷载扰动极易诱发松软煤层围岩失稳事故。为研究不同应变率下松软煤体动态力学特征，针对淮南矿区潘一矿11518工作面松软煤体，压制ø50 mm×25 mm的圆柱形型煤试样，运用分离式霍普金森压杆试验系统，开展5组冲击速度下（0.30、0.35、0.40、0.45、0.50 MPa）煤体的动态压缩试验，获取煤体动态应力−应变曲线，计算破碎耗能及耗能密度，筛分不同粒径区间破碎煤体质量，分析煤体力学特征参数、能量耗散及破碎特征随应变率的变化规律，揭示煤体冲击破坏的应变率效应。结果表明：在试验应变率范围内，煤体初始压密阶段均不明显，且随应变率的增高，弹性变形阶段曲线斜率缓慢增大，屈服阶段有所增长，软化阶段应力降幅增大。煤体峰值应力、峰值应变、割线模量随应变率的增高均具有线性增大的变化特点，增幅分别为130.998%、111.335%、52.026%。随应变率的增高，煤体破碎耗能及破碎耗能密度均呈指数增长，破碎耗能占比逐渐增大。应变率越大，破坏后煤体小体积碎块越多，应变率由66.778 s−1变化到259.154 s−1过程中，碎块平均粒径由3.34 mm逐渐降低至2.49 mm，碎块分形维数由2.37缓慢增大到2.61，型煤与原煤（应变率为57.433～240.100 s−1）破碎特征随应变率变化趋势具有一致性。研究结果可为厘清松软煤体冲击动态力学响应过程、防控失稳灾害提供试验依据。

来源：2025年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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