煤炭科学技术

作者：赵怡晴, 秦文静, 金爱兵, 曹志国, 刘金博, 秦琨,

关键词：煤岩, 孔裂隙结构, 破裂, 裂隙复杂度, 损伤演化,

煤岩孔裂隙发育扩展是造成煤岩损伤，从而导致瓦斯突出、冲击地压、煤柱失稳等矿山灾害的主要原因，探究煤岩压裂过程中裂隙破裂演化规律及煤岩损伤演化规律是预测煤岩动力灾害的前提。裂隙倾角分布、孔隙率为影响煤岩裂隙破裂规律的重要因素，采用单轴压缩、CT电子扫描和核磁共振试验对煤岩力学性能和孔裂隙结构进行分析，通过煤岩裂隙分形维数和裂隙倾角分布特征，表征煤岩内部裂隙结构；同时结合数值模拟对不同裂隙倾角煤岩裂隙扩展和损伤演化规律进行分析。研究结果表明：① 裂隙倾角分布特征为影响煤岩力学特性的主要因素，孔隙率为影响煤岩力学性质的次要因素。② 结合室内试验和数值模拟，单一裂隙煤岩抗压强度高于复杂裂隙煤岩抗压强度；且当煤岩裂隙倾角以单一裂隙为主时，急倾煤岩抗压强度>缓倾煤岩抗压强度>倾斜煤岩抗压强度。③ 单一裂隙煤岩相较于复杂裂隙煤岩，复杂程度较低，煤岩初始损伤较低，在裂纹加速扩展阶段，储存的应变能急速剧烈释放，宏观表现为破碎程度较高的剪切破坏。 ④ 基于裂隙发育数量建立包含峰后阶段的煤岩损伤变量，煤岩损伤演化过程呈指数型增长，分为近似无损、初始损伤、损伤稳定发展阶段、损伤加速发育阶段、残余损伤阶段，该损伤规律可为矿山灾害预测提供理论支撑。

来源：2025年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2025年第5期