变刚度加载试验系统的研制及其在煤岩破坏力学行为测试中的应用

矿山煤层与顶底板岩层具有不同的组合赋存形式,考虑围岩结构刚度差异性的煤岩力学行为试验研究可为揭示冲击地压机制提供一种新的探索方式。介绍了自主研发的一套变刚度加载岩石力学试验系统,该试验系统的主体试验机为内外框架组合式结构,利用加载刚度伺服调控系统控制内框架能量储存,实现加载刚度调控的目的。利用该试验系统进行了3种加载刚度下砂岩试件的力学行为测试,研究表明:加载刚度对砂岩试件单轴抗压强度和弹性模量基本无影响;随着加载刚度的减小,砂岩应力-应变峰后曲线由台阶状变为光滑斜线型,峰后应力降速度增大,且与加载刚度呈幂函数关系;试件破坏时试验机框架发生多次瞬时高速回弹行为,瞬时回弹速度极值及时长占比随加载刚度的减小而增大,回弹速度均值、总回弹量与加载刚度呈幂函数关系;加载刚度对试件峰后破裂耗散能影响较小,与试验机应变能释放量呈幂函数关系。所研发的变刚度加载试验系统为不同刚度组合下煤岩力学行为测试提供了新的试验装备。

岩爆条件和岩爆支护

首先介绍应变岩爆和矿震岩爆的发生条件,提出解释岩爆的球–崖概念模型,然后介绍2个金属矿山应变岩爆和矿震岩爆的案例。应变岩爆由应力集中引起,通常量级较小,在围岩中爆深比较浅。应变岩爆一般在埋深超过1000m初次开挖的岩体中。在已经经受过扰动的岩体中开挖,应变岩爆明显减少,甚至完全消失。矿震岩爆与旧断层滑移或者新断层形成有关。矿震岩爆量级分布宽,高量级矿震岩爆对围岩的破坏范围比应变岩爆大得多。还对岩爆支护方法的历史做了简要回顾,介绍了从软支护、硬支护到高能支护的演变过程和这些方法的理论根据。目前广泛采用的岩爆支护方法是使用高能屈服锚杆和高强临空面约束构件金属网和金属网带。理想的岩爆支护应该能够有效地把岩爆能转化为岩体支护构件变形能和围岩破坏能。