煤炭科学技术

作者：朱卫兵, 赵波智, 宁杉, 项佳豪,

关键词：相似材料模拟, 碳纤维, 损伤自感应, 损伤系数, 采动裂隙, 矿山压力, 岩层控制,

相似材料模拟试验是探究煤炭开采过程中覆岩破坏、岩层移动及岩层控制的重要手段，然而传统相似模拟材料难以对采动岩层内部损伤破裂及其动态发育过程进行有效监测。为此，将碳纤维引入矿山相似材料模拟实验领域，借助该复合材料电阻率变化对损伤的灵敏反馈，实现了相似模拟实验中采动岩层内部损伤与破裂规律的实时监测，并据此研发了一种具有损伤自感应功能的碳纤维相似模拟复合材料。研究发现随着碳纤维掺量的增加，相似材料电阻率变化与损伤系数演化规律趋于一致，且当相似模拟材料中碳纤维掺量≥2%，相似材料电阻率变化与损伤系数始终保持同步增长。基于此，探明了碳纤维相似模拟材料电阻率变化量与岩层损伤程度的关联效应，开展了近距离煤层过煤柱开采岩层结构动态演化与关键层破断时序物理模拟试验，分析了煤层开采全过程中的碳纤维相似材料电阻率变化特征，精准辨识了覆岩采动裂隙的发育程度、分布范围及各岩层损伤破裂时序，形成了适用于采矿工程相似模拟实验中的岩层损伤破裂动态过程新型量化与表征方法，为揭示采动岩层损伤破裂演化规律与优化岩层控制技术措施提供了科学依据。

来源：2025年第7期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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