循环应力损伤对煤体冲击倾向性影响研究

作者：杨永亮; 任建慧; 李宣良; 杜涛涛

来源：工矿自动化, 2023, 49(10): 142-150.

DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2022120064

• 煤体
• 煤体动力学
• 冲击倾向性
• 剩余弹性能指数
• 冲击载荷
• 循环应力损伤

目前对煤岩体动力学行为特征的研究仅考虑了温度、围压等原始地质作用影响，并未考虑煤炭开采过程中产生的循环应力作用对煤体动力学特性的影响；且对煤体动力学显现特征的判定是以煤体冲击倾向性指标为基本依据，而循环应力损伤作用对煤体冲击倾向性及其动力学特性的影响尚未进行深入研究。针对上述问题，对煤样开展了循环应力损伤试验，分析了恒上下限及变上限2种循环应力损伤条件下的煤体冲击倾向性变化特征。试验结果表明：(1)煤体经恒上下限循环应力作用及变上限循环应力作用后静态抗压强度分别降低了13.86%与16.00%，循环应力会对煤体力学强度产生劣化。(2)原始煤体剩余弹性能指数为27.34 kJ·m-3，表示该煤体具有弱冲击倾向性，经过恒上下限循环应力损伤及变上限循环应力损伤后煤体剩余弹性能指数分别降低了约26.30%及36.14%，表明循环应力对煤体的冲击倾向性有显著的弱化作用。(3)随着煤体剩余弹性能指数的降低，煤体动态抗压强度与动态弹性模量均减小，而动态破坏变形不断增大，表明煤体冲击倾向性将直接影响其动力学特征，煤体冲击倾向性越大，其冲击动力学相关参数劣化程度越高。(4)随着煤体剩余弹性能指数不断降低，冲击后煤体破碎分形维数降低，表明循环应力使得煤体受冲击后崩解不充分，动力学响应减弱。