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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
煤单轴峰后动态冲击破坏特征及差异机制模拟研究
  • 51
  • 作者

    冯龙飞王双明王晓东解嘉豪窦林名

  • 单位

    煤炭科学研究总院中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安科技大学地质与环境学院西安科技大学能源学院中国矿业大学矿业工程学院

  • 摘要
    煤岩冲击倾向性鉴定是冲击地压防治的重要基础,而鉴定结果与煤峰后动态破坏的应力降形态密切相关。针对煤单轴动态冲击破坏应力降特征及差异机制开展研究,综合利用MTS试验机、高速摄像机和声发射监测系统,开展了冲击倾向性煤单轴动态冲击破坏的声发射定位试验,得到了煤单轴应力-应变曲线,捕捉了煤峰值前后动态冲击破坏过程,同步监测了声发射微破裂的时空强丰富信息,归纳了煤峰后动态冲击破坏三种典型类型,开展了预制软弱结构面的PFC3D三维精细数值模拟,反演再现了煤峰后三种典型冲击破坏和能量演化过程,揭示了峰后应力降形态的差异机制,模拟结果与实测冲击破坏相一致。结果表明:(1)煤峰前裂隙加速扩展阶段和峰后阶段的应力降形态迥异,峰后可归纳为单次应力降、两次应力降和多次应力降型三种典型冲击破坏模式;(2)大能量微破裂事件时空集聚分布与峰后瞬间动态破坏的时空分布相一致,峰后单次应力降型煤样在峰前裂隙加速扩展阶段发生较大尺度的应力降,有效承载面积已显著降低,其峰后声发射绝对能量最高;(3)原生结构或次生弱面的发育贯穿位置,弱面力学参数不同导致煤样峰前最大损伤水平和峰前煤样残余承载面积存在差异,进而控制煤峰后动态应力降的形态特征;(4)峰前煤样应变能峰值越高,煤样颗粒弹射动能越小,峰前损伤水平越低,峰后煤样冲击破坏弹射的动能越大,冲击显现越剧烈。研究结果可深入掌握冲击倾向性煤峰后动态破坏应力降差异机制,为煤体冲击倾向性评价提供参考。
  • 关键词

    冲击倾向性声发射应力降细观差异机制能量耗散PFC3D

  • 文章目录
    1、引言
    2、冲击倾向性煤单轴破坏声发射试验
    3、冲击倾向性煤单轴加载下声发射特征
    3.1 煤单轴应力-应变特征
    3.2 煤单轴加载应力、微破裂时空强分布特征
    4、冲击倾向性煤峰后动态破坏典型特征及差异机制
    4.1 煤峰后动态破坏的典型特征
    4.2 煤峰后典型应力降曲线差异的数值模拟
    5、讨论
    6、结论
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