原生层理结构影响下煤岩组合体超声波及CT扫描分析

为研究原生层理结构对煤岩组合体波速及力学性质的影响,并提升室内获取煤岩波速及力学参数的精确性、快速性及便捷性,在室内对不同原生层理倾角的煤岩组合体开展了多层位多方位的超声波及CT扫描测试。基于超声波测试数据,获取了原生层理结构影响下煤岩组合体不同层位的波速及波速比变化特征;结合CT扫描及三维重构技术,应用煤岩灰度分布频数数据,提出了不同层位CT灰度均值的计算方法,获得了不同原生层理倾角下煤岩组合体不同层位灰度及煤岩含量的变化规律,建立了煤岩CT灰度均值与波速、力学参数的关系;构建了考虑层理倾角与煤岩含量效应的煤岩组合体纵波波速计算模型,并应用测试数据进行了对比验证。结果表明:①含原生层理的煤岩组合体波速及波速比与层理倾角线性相关,随层理倾角增加,组合体的纵波波速近似线性减小,而波速比的分布范围增大;②不同层理倾角下组合体的CT灰度均值与波速线性相关,随CT灰度均值增高,煤岩组合体波速线性增加;③煤岩组合体的密度随CT灰度均值增加线性增高,其动态弹性模量及剪切模量则与CT灰度均值均呈三阶多项式关系,并随CT灰度均值增高趋于增大;④层理倾角与煤岩含量相比,组合体波速对煤岩含量的敏感性更高,煤岩含量相近则波速受层理倾角响变化最大。

循环水岩作用下煤岩组合体力学响应及劣化机制

煤矿地下水库的建立解决了我国西部干旱-半干旱生态脆弱区的缺水问题。地下水库不断进行着蓄水-抽水,地下水库水位的反复升降对水库坝体产生反复损伤作用,而半煤岩坝体、煤岩夹矸坝体为地下水库常见的坝体。基于此,设计进行了不同“干燥-饱和”循环次数的砂岩-煤组合体不同围压下的轴向压缩试验,分析循环浸水作用下煤岩组合体力学特性劣化规律和劣化机制。结果表明:(1)随着循环次数的增加,组合体的饱和含水率逐渐增大。饱和含水率与循环次数呈对数关系。(2)随着循环次数的增加,应力-应变曲线压密阶段增长,弹性阶段斜率减小,峰值应力降低,峰值应变增大,屈服阶段愈加明显,应力跌落变缓。(3)随着循环次数的增加,组合体抗压强度逐渐降低,循环1~3次,抗压强度劣化幅度较为明显。抗压强度阶段劣化度具有非均匀性。(4)循环1~5次,黏聚力下降了70.87%,内摩擦角下降了60.65%。(5)循环1~3次,组合体弹性模量下降了53.06%,变形模量下降了61.10%。(6)循环浸水作用下,试样微观裂纹逐渐发育,矿物颗粒由原来的棱角分明的多边形向浑圆形逐渐发展,大的矿物颗粒逐渐崩解为小颗粒,颗粒间胶结作用逐渐弱化,由紧凑致密结构向松散软弱结构转变。(7)循环浸水作用下,水岩发生反复的物理、化学、力学作用,对煤岩产生反复损伤,最终导致宏观力学特性的劣化。

不同含水率下煤岩组合体力学特性损伤规律研究

浅埋富水煤层长期受覆岩导水裂隙中地下水渗流侵蚀影响,矿井留设隔水煤岩柱及阶段间柱在水岩作用下产生力学损伤劣化。开采活动进一步加快损伤进程,并直接关系到工作面的稳定及安全生产。以陕西榆林锦界煤矿煤岩体为研究对象,制成砂岩-煤-砂岩(S-M-S)组合体,开展不同含水率条件下单轴压缩试验,揭示水岩作用下煤岩组合体的含水率变化规律、力学行为演化特征和声发射损伤规律,基于电镜微观扫描图像,分析水岩作用下组合体内部结构损伤劣化机理。研究结果表明:煤岩组合体吸水速率随着浸水时间的增加不断降低;水岩作用对煤岩组合体抗压强度和弹性模量有明显的劣化效应,组合体弱余强度随含水率增加不断降低,强度损伤速率随着含水率的提高不断加快;组合体的声发射计数和累计计数在水岩作用下衰减明显,并伴随组合体损伤破坏整个过程;水岩作用致使组合体内部结构原生链钝化,裂隙扩展,破裂形式发生明显改变。研究结果可为采动影响下煤岩矿柱水害预测评价提供指导。

单轴压缩状态下煤岩组合结构破坏失稳的力学特性研究

由于煤岩组合材料强度以及组合倾角的不同,其力学性质会发生显著变化。为了探究煤岩组合破坏失稳的力学特性,通过数值试验的方法,开展了单轴压缩试验。结果表明:煤岩组合结构破坏失稳特征包含2种:一种是破碎失稳,主要表现为煤、岩体的破碎;另一种是滑移失稳,主要表现为煤、岩体岩结构面的滑移。煤岩组合结构强度与组合中强度小的岩性有关,不受高强度岩性影响;煤岩小角度接触面主要发生破碎失稳,大角度接触面主要发生滑移失稳。

非均质结构含量对煤岩组合体强度及破坏特征的影响

为研究非均质结构含量对煤岩组合体强度及破坏演化特征的影响,基于离散元软件,建立了不同非均质结构含量的煤岩组合体模型,考虑非均质结构含量为10%、30%、50%、70%和90%这5种方案,对煤岩组合体的强度特征、裂纹发育扩展过程进行了研究,分析了其影响机理。结果表明:随非均质结构含量的增加,煤岩组合体强度参数整体呈下降趋势,煤岩组合体声发射平静期范围呈先减小后增大趋势,声发射骤增期呈上升趋势;非均质结构与煤岩颗粒的属性差异导致了局部应力集中;非均质结构含量变化决定了试样强度特征和最终破坏模式,随非均质结构含量增加,煤岩和非均质结构中的主要承载结构由煤岩转变为非均质结构。

不同倾角煤岩组合体冲击破坏特征研究

针对煤岩复合结构冲击地压等动力灾害的防治,选用煤与红砂岩2种材料制作节理倾角为0°、30°、60°、90°的体积比1∶1的煤岩组合体试件,利用霍普金森压杆试验系统进行动载冲击破坏特征试验。试验结果表明:煤与红砂岩及其组合体试件满足动载平衡条件,煤的动态抗压强度、破坏程度与冲击速度呈正比。煤岩组合体的抗压强度与倾角条件和受力形式密切相关。煤先受力、岩先受力2种加载方式下,抗压强度与倾角的变化曲线呈近似中心对称关系,冲击破坏形式主要为压剪破坏。为井下复合煤岩结构冲击地压防治提供一定的参考。

加载速率对煤岩组合体强度特征的影响

为研究加载速率对煤岩组合体强度特征的影响,采用离散元方法分析了不同加载速率下,煤岩组合体强度参数、裂纹数演化和AE计数的变化规律。结果表明:煤岩组合体的起裂应力和峰值应力随加载速率增加而增加,除加载速率为10 mm/s的情况,其他加载速率下试样峰值应变随加载速率的增加而增加,弾性模量随加载速率的增加而减小。不论加载速率量级如何变化,裂纹均以拉伸为主。加载速率较低时,裂纹在加载前期为平静阶段,在接近破坏时出现陡增;加载速率较高时,平静期缩短,表现为加载前期或中期的指数型增加。在高加载速率下,峰值应力后,AE计数仍有较长时期的波动区间。高加载速率条件下,应力-应变曲线存在大范围波动,表明随着加载速率增加,煤岩组合体整体失稳更严重。

煤岩组合体应力传递与强度特征倾角效应

大倾角煤层安全高效开采的关键在于对围岩稳定性的有效控制,揭示煤岩组合体采动力学行为倾角效应是大倾角煤层多尺度围岩协同控制的基础。针对煤岩组合体在不同倾角时的层间应力传递、主应力偏转及非均衡变形破坏等力学特征,采用岩石力学试验、数值模拟与理论分析综合互馈的研究手段,分析了煤岩组合体内部主应力展布形态以及变形破坏规律的倾角效应。结果表明:倾角在0°~60°变化时,交界面处的煤岩组合体主应力大小和方向的演化特征分为2类;当层面倾角小于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而减小,第3主应力呈“煤减+岩增”的单调演变趋势,主应力方向呈“煤顺+岩逆”的偏转状态;当层面倾角大于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而增大,第3主应力变化幅度增大,主应力方向呈“煤逆+岩顺”的偏转状态;煤岩组合体受倾角影响时的2种状态的力学特征不同使得煤岩组合体由“交界面上侧岩体+非交界面部分煤体”转变为“交界面下侧煤体+非交界面部分煤体”的组合破坏模式,即对应于组合体的剪切变形破坏规律向界面处的滑移破坏规律的转变,因而煤岩组合体的强度随倾角增大而降低。研究结果揭示了煤岩组合体应力非均衡传递规律及其破坏机理的倾角效应,对大倾角煤层安全高效开采具有一定的理论参考意义。

不同强度煤岩组合体单轴加载破坏特征研究

强弱耦合防突技术是一种以水力冲孔弱化吸能与注浆加固强化抵抗协同控制防止煤与瓦斯突出的有效方法,为了研究不同强度组合强弱耦合结构的力学特性,对9种强度组合的煤岩组合体试样进行了MTS单轴力学加载实验,利用声发射监测系统进行了加载过程监测。结果表明:岩体强度的增加能够有效提升煤岩组合体整体承载能力,提升强化区抵抗残余能量的能力;煤体强度增加能有效降低试样整体形变量,缩短压密阶段持续时间,降低煤体部分破碎程度。研究结果对强弱耦合防突技术优化设计方案具有重要意义。

煤岩组合体变形破裂声发射特征及损伤演化规律研究

为研究煤岩组合体变形破裂过程中煤厚对其声发射特征和峰前损伤特性的影响,对煤厚分别为20mm、33.33mm和60mm的三种煤岩组合体进行室内单轴压缩声发射试验。研究表明:随着煤厚的增加,煤岩组合体的单轴抗压强度和声发射峰值计数均下降,且煤厚与声发射峰值计数满足指数函数关系;组合体的破坏持续时间随煤厚的增加而变长;声发射累计数的变化情况可分为缓慢增长阶段、快速增长阶段和声发射峰值及破坏后阶段,前两个阶段,累计数增长的速度与煤厚呈正相关,最后一个阶段,呈负相关。组合体峰前损伤演化可分为初始损伤、损伤稳定发展和损伤突增不稳定发展三个阶段;损伤变量与应变满足幂指数函数关系,且随着煤厚的增加,组合体D=1时对应的峰值应变也增加。

超临界CO_(2)作用下煤岩组合体力学特性损伤及裂隙演化规律

将CO_(2)注入到深部不可采煤层是实现CO_(2)地质封存的有效途径之一,但CO_(2)在高压、高温作用下会处于超临界状态,为了探究超临界CO_(2)作用对煤系储层结构的影响,基于自主研发的超临界CO_(2)浸泡实验系统,结合声发射测试系统及RFPA3D数值模拟,研究了3种煤层厚度和3种顶底板岩性的“岩-煤-岩”(RCR)组合试件在超临界CO_(2)作用下的力学损伤特性及其裂隙扩展演化规律。研究结果表明:(1)超临界CO_(2)作用后,随煤厚增加RCR组合体抗压强度劣化幅度逐渐增大,弹性模量劣化幅度逐渐降低,而当岩煤强度比不同时,抗压强度和弹性模量劣化幅度基本一致,未呈现较大差异;(2)超临界CO_(2)作用会促进煤体塑性破坏,加剧RCR组合体由拉伸劈裂破坏向剪切塑性破坏转变的趋势,RCR组合体塑性破坏程度与煤厚和岩煤强度比均成正相关关系;(3)超临界CO_(2)浸泡作用促使RCR组合体更早进入弹性变形阶段,且经历更为短暂的弹性变形后发生失稳破坏,煤厚越大影响越大,而岩煤强度比影响较小;(4) RCR组合体失稳态势与煤厚成正比、与岩煤强度比成反比,破坏时动力显现强度与煤厚成反比,与岩煤强度比成正比;(5) RCR组合体总能量、耗散能、弹性能、盈余能随煤体厚度增加而逐渐降低,随岩煤强度比的增大而逐渐增大,超临界CO_(2)作用会使RCR组合体试件弹性能占比降低,耗散能占比升高,盈余能占比降低。综合上述研究成果可知,煤层越厚的地层越容易发生失稳,顶底板岩层强度越高的地层越不容易发生失稳,地层失稳破坏时动力显现强度与煤厚成反比、与岩煤强度比成正比。故在满足CO_(2)注入封存量前提的一定区域地层内,应选择顶底板岩层强度较高、煤层厚度较薄的区域地层封存CO_(2)安全性更高。该研究成果可为CO_(2)注入到深部不可采煤层进行地质封存的安全性提供一定的理论借鉴。

动载扰动下倾斜煤岩组合块体超低摩擦效应研究

随着我国煤矿相继进入深部开采,三高一扰动复杂应力环境使深部煤岩体结构趋于破碎为块体,煤岩块体界面多为含倾角结构面。冲击扰动作用下,煤岩块体易沿煤岩界面产生失稳滑移,诱发超低摩擦型冲击地压。利用有限差分软件,建立砂岩-煤-砂岩组合块体,以工作块体水平位移、加速度幅值作为块体超低摩擦效应表征参数,模拟不同倾角的煤岩组合块体受扰动冲击作用时,工作块体超低摩擦效应特征参数的变化情况。考虑倾角大小、加载方式、冲击幅值和水平冲击延迟时间等因素影响,得到含倾角煤岩组合块体超低摩擦效应影响规律。研究结果表明:动载扰动下含倾角煤岩组合块体,煤岩块体倾角越大,加速度峰值越大,位移错动越明显,超低摩擦效应越显著。随垂直扰动幅值的增加,工作块体加速度振荡越剧烈,趋于平衡收敛时间延长,垂直扰动始终是诱发超低摩擦效应的主要因素。垂直扰动与水平冲击共同作用下,模型底部、中部、顶部监测点超低摩擦效应强度依次增加,随着倾角的增加,位移差值不断扩大。工作块体位移振荡剧烈程度随水平冲击延迟周期增加而增大,在同一位移振荡周期内,波峰点水平冲击比均值点与波谷点水平冲击更易发生超低摩擦效应。

深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式

受开采卸荷扰动影响,深部岩体互层及其组合结构系统的破裂失稳是诱发采场突水等灾害的主要原因之一。为研究深部开采围压卸荷对岩体组合结构破裂的影响,室内开展了原生煤岩组合体三轴加卸荷-渗流试验,获得了不同初始围压下原生煤岩组合体围压卸荷致裂的竖向、倾斜及环向裂隙分类特征,研究了其轴压卸荷起点、围压卸荷终点的强度特征及主导破裂模式的力学机制;结合CT扫描与三维重构技术,获取了原生煤岩组合体卸荷破裂的几何特征;建立了围压卸荷量与岩体卸荷致拉破裂、致剪破裂的关系,揭示了围压卸荷致裂模式与渗透率突变关系,验证并判定了不同初始围压下原生煤岩组合体的主导卸荷致裂模式。结果表明:在围压卸荷和轴压加载共同作用下,原生煤岩组合体卸荷破裂模式主要分为围压卸荷致拉破裂、致剪破裂及轴压协同卸荷致裂模式3类;随初始围压增加,原生煤岩组合体围压卸荷致拉破裂的围压卸荷终点临界值及致剪破裂的轴压卸荷起点临界值均线性增加;围压卸荷可致轴压协同卸荷突降并驱动煤岩分界面及层理等原生裂隙结构环向张拉破裂,且以沟通倾斜及竖向裂隙为主导;而围压卸荷致拉破裂与致剪破裂模式均可致原生煤岩组合体渗透率突变增高,突变点致裂模式与其围压卸荷终点的卸荷量临界值密切相关。

原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究

原生煤岩组合体界面是非均质的且包含大量复杂的微观结构。为透明求解非均质煤岩界面导致的复杂物理场,采用工业CT对原生煤岩组合体试件进行了扫描试验,重构了原生煤岩组合体界面三维模型,计算了非均质煤岩界面的分形维数;基于此建立了原生煤岩组合体数值模拟模型,模拟分析了单轴压缩条件下原生煤岩组合体的应力及损伤特征,并通过煤岩组合体单轴压缩试验结果验证了数值模拟规律的可靠性。研究结果表明:原生煤岩组合体界面具有复杂的微观结构且具有分形特征,分形维数能够反映界面宏观形态;单轴压缩状态下,原生煤岩组合体中垂向应力呈非均匀分布,煤岩界面的存在会在煤体中派生水平压应力,在岩石中派生水平拉应力,煤岩界面附近水平应力呈拱形分布;原生煤岩组合体的损伤破坏主要发生在煤体中,煤体的损伤首先发生在远离界面的煤体中并逐渐向界面处扩展,界面分形维数与试件出现初始损伤对应的轴压呈正相关;由于煤岩界面压应力拱的存在导致原生煤岩组合体整体的强度高于煤体,破坏后的煤体呈拱形分布。预期研究结果对于煤岩动力灾害防治具有一定意义。

煤岩组合体卸围压能量演化规律及耗散能损伤本构模型研究

煤炭资源开采过程中,半煤岩巷掘进和薄煤层回采都不可避免地会使煤岩组合系统发生自由面卸荷。自由面卸荷现象往往伴随着能量的快速积聚与释放,所以探究煤岩组合体试样卸围压条件下的能量演化规律十分必要。为此,针对煤岩组合体试样开展了不同卸荷速率的卸围压试验。结果表明:(1)轴向加载阶段和应力恒定阶段为组合体试样的主要储能阶段,失稳破坏阶段主要以能量的释放和耗散为主;(2)卸荷速率加快会导致试样峰值弹性能降低,0.03 MPa/s时峰值弹性能分别为0.06、0.09、0.12 MPa/s时的1.64、2.70、3.50倍;(3)卸荷速率加快会导致试样峰后耗散能的增加,0.03、0.06、0.09、0.12 MPa/s卸荷速率下,峰后耗散能量分别为峰值弹性能的28.17%、49.53%、69.55%、92.87%;(4)卸荷速率的增大会显著增强煤岩组合体试样的拉伸破坏趋势,导致断裂角增大、拉伸次生裂纹增多和破坏强度增强;(5)建立考虑初始损伤的耗散能本构模型,合理阐释了卸围压条件下煤岩组合体试样损伤演化全过程。该研究成果对于了解卸围压速率对煤岩组合体试样的能量演化特征具有重要意义。

水岩作用下煤岩组合体力学特性与损伤特征

水岩相互作用是地下采矿工程活动中的常见问题。为研究水岩作用下煤岩组合体的力学特性、损伤特征及劣化机制,对不同浸水时间下的细砂岩−煤(FM)、粗砂岩−煤(GM)、细砂岩−煤−粗砂岩(FMG)3种组合体开展了轴向压缩试验。结果表明:①组合体含水率随浸水时间增加而增大,浸水20 d以后达到饱水状态;5~15 d为组合体的吸水区,15~20 d为组合体近饱和区,20~25 d为组合体的饱和区。②水岩作用下3种组合体的抗压强度、弹性模量、峰前能量、冲击能量指数等参数具有明显的劣化效应,其参数值均随浸水时间增加而减小;浸水5~15 d阶段为峰前能量陡降区,浸水15~25 d阶段为峰前能量缓降区;浸水时间5~15 d,组合体冲击能量指数劣化明显,15 d之后,劣化效应较弱;浸水5~10 d组合体为弱冲击倾向性,浸水15~25 d组合体无冲击倾向性。③随着浸水时间增加,组合体的声发射累积数显著下降。利用损伤理论构建了基于浸水时间的组合体损伤模型,该模型揭示了损伤变量与浸水时间的关系,反映了随着浸水时间增加,组合体的损伤程度增大的规律。④推导了类孔隙比计算公式,组合体的类孔隙比为:FM组合体<FMG组合体<GM组合体;分析了组合体类孔隙比与抗压强度的关系,组合体类孔隙比越大,其抗压强度越小;⑤针对水岩作用下煤岩组合体的劣化效应,从物理、化学、力学3方面,分析了水岩作用下煤岩组合体的劣化机理。⑥对鹤岗矿区某煤矿采矿区积水影响下的煤岩柱破坏特征和变形规律进行分析,水岩作用下煤岩体强度和稳定性具有明显的劣化效应,并且这种劣化效应在浸水初期更为明显,随着浸水时间增加,劣化效应逐渐减弱,这与试验结论相一致。

层面数量对煤岩组合体抗压特性影响的实验研究

煤层顶板分层特征对于煤岩系统的力学行为有重要影响,将其简化为具有岩石单元内含有不同层面数量的煤岩组合体,并开展单轴压缩实验。借助应力监测系统、DIC和声发射系统采集并分析实验过程中的应力−应变特征、表面应变场演变规律、声发射特性。实验表明:煤岩组合体的应力−应变过程可以分为裂隙压密阶段、“线性”增加阶段、非稳定破裂阶段和峰后阶段4个阶段,煤体单元首先发生渐进式的破坏,其过程为煤块弹射−煤块与组合体剥离−剥离状的煤块弹射−倾倒破坏。结合声发射特征可以认为单轴压缩过程中煤岩组合体具有更加明显的压密现象、小台阶现象和峰后应力增减现象,主要是组合体的非均质程度相对增加,内部不能协同变形所导致的。组合体内“煤−岩”层面处会出现明显的应变集中现象,主要是因为该处材料的物理力学性质差异较大,且层面处粘黏剂的存在会导致横向约束作用,岩石单元由单向受压转变为三向压拉状态,煤体单元由单向受压转变为三向受压状态,因此,“煤−岩”层面处更容易发生破坏,此处的声发射信号相对集中,更易形成应变集中。研究认为煤岩组合体中岩石单元层面数量的增加,其等效弹性模量降低、整体性弱化和承载能力下降,组合体单轴压缩强度有降低的趋势。研究成果可以为巷道冲击地压等动力灾害的防治提供一定的指导。

含预应力锚杆煤岩组合体破坏及声发射特征试验研究

为探究预应力锚杆对煤岩组合体的锚固效应,开展了4组不同界面倾角(15°、30°、45°、60°)含预应力锚杆与仅含锚杆组合体的单轴压缩室内模拟试验,从试样破坏形态、应力-应变曲线特征及声发射参数特征3方面探讨了含预应力锚杆组合体的力学响应。结果表明:含预应力锚杆组合体残余强度与峰值强度的比值更高,预应力的施加使峰值应力前组合体能量释放增加,有效抑制了峰后能量释放,减少了组合体发生滑移破坏时与锚杆接触面的损伤,同时降低了应力波动的发生频次。含预应力锚杆与仅含锚杆组合体低频高幅信号占比随荷载的施加均呈阶段性变化特征,在组合体发生滑移时,施加在锚杆中的预应力抑制了加载初期低频高幅信号的集中;在各界面倾角下,含预应力锚杆组合体低频高幅信号占比及其标准差均更低,表明预应力锚杆有效抑制了组合体峰前内部裂纹的萌生,且降低了组合体内部裂纹演化对界面倾角变化的敏感性。

顶板初始损伤对煤岩组合体破坏性态及能量演化的影响

采用CASRock对煤岩组合体开展单轴压缩破坏过程数值模拟试验,分析顶板初始损伤对煤岩组合体力学行为的影响。结果表明:(1)顶板初始损伤对煤岩组合体力学行为的影响程度与顶板中初始裂隙的几何分布密切相关,随着裂隙与水平面夹角增大,煤岩组合体由延性破坏向脆性破坏转变,同一裂隙倾角下,随着裂隙长度增加,煤岩组合体由脆性破坏向延性破坏转变,且裂隙与水平面夹角越小、长度越长、距离煤层越近对煤岩组合体力学行为影响越大,越能主导煤岩组合体的力学行为,煤体越不易发生破坏;(2)顶板含多裂隙时裂隙主导煤岩组合体力学行为能力更强,当顶板初始损伤较严重时,初始的裂隙网络会形成应力集中区,导致其对煤岩组合体力学行为影响能力变强;(3)单轴压缩条件下,劈裂破坏是主要的破坏形式,顶板初始损伤对煤岩组合体强度与变形能力的提升作用较强,当顶板裂隙对煤岩组合体力学行为影响较大但不主导其力学行为时,其释放能量效果较好,顶板初始损伤在一定程度上增强了对煤层的保护效果。

不同高度比煤岩组合体的力学特性及裂纹演化数值模拟

为探究不同高度比煤岩组合体的力学特性和裂纹演化规律,利用UDEC数值模拟软件,开展了煤岩高度比分别为2∶1、1∶1、1∶2的“煤-岩”组合体模拟试验。研究结果表明:不同高度比煤岩组合体的强度均介于煤、岩单体强度之间,且煤岩高度比越小,组合体的抗压强度越大,两者之间呈负相关;随着煤体所占比例的减小,组合体煤体部分从倾斜45°角破坏转为“N”型破坏,岩体部分保持较好的完整性;组合体的裂纹演化可以分为裂纹平稳发育阶段、裂纹快速发育阶段以及残余破坏阶段,裂纹主要集中在煤体部分,并且逐渐积累发育扩展到上部岩体,最终造成组合体的失稳破坏。