基于真三轴卸载试验不同倾角组合煤岩力学特性研究

为深入研究煤炭开采过程中顶板结构面倾角对煤岩力学特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展不同结构面倾角条件下组合煤岩真三轴加卸载试验,并利用声发射探测系统进行监测。研究结果表明:随着结构面倾角的增大,试样的破坏强度逐步下降,裂隙发展也逐渐减弱,其破坏形态从张拉剪切破坏逐渐向剪切破坏转变,直至倾角达到40°时,试样整体发生滑移破坏;在卸载破坏前,倾角<30°的试样发生充分的塑性变形,其承载力得到充分发挥,而倾角≥30°的试样达到临界破坏极限时迅速破坏,出现部分或完全滑移破坏;声发射信号集中于卸载破坏阶段,试样的结构面倾角越大,声发射累计计数越少,当倾角达到40°时发生滑移破坏,最大振铃计数大幅下降,对其累计计数略有影响。研究成果可为深入认识顶板结构面倾角引起的卸载破坏机制及矿山安全开采提供参考。

基于真三轴卸荷试验的煤岩力学及损伤特性研究

为深入研究煤矿开采中开挖速率对煤岩力学及损伤特性的影响,通过自主研发的地声过程模拟试验系统,开展了不同卸荷速率条件下煤岩真三轴卸荷试验。结果表明:随着卸荷速率由0.05 MPa/s增至0.4 MPa/s,煤岩在卸荷破坏时的最大主应变值、最小主应变值及体积应变值分别降低了48.2%、73.8%及113.1%,中间主应变值增加了16.3%;卸荷速率越大,煤岩的扩容现象越明显;煤岩在低卸荷速率条件下的破坏形态表现为剪切破坏,而在高卸荷速率条件下则表现为张剪复合破坏;通过试验数据验证,修正后的Drucker-Prager强度准则对煤岩卸荷破坏更为适用;卸荷速率越大,煤岩在破坏时对应的声发射累计振铃计数越大,能量越高;基于累计振铃计数建立的煤岩损伤演化方程能较好地描述煤岩卸荷过程中的损伤过程,研究结果可为实际工程开挖稳定性预测提供参考。