爆炸荷载作用下煤体裂纹扩展机理模型实验研究

穆朝民，齐 娟

(1.安徽理工大学 能源与安全学院，淮南 232001;2.煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，淮南 232001;3.总参工程兵科研三所，洛阳 471023;4.安徽理工大学 现代教育技术中心，淮南 232001)

低透气性煤体中瓦斯不能大量从煤体抽采是造成瓦斯灾害的主要原因之一。要提高瓦斯的抽采率必须提高煤层的透气性，预裂爆破作为一门新兴煤层增透技术，日益成为热点课题。相继煤层预裂爆破原理［1］、预裂爆破机制的数值方法［2］、煤层中应力波传递与裂纹扩展的数值方法［3］、爆炸载荷下岩石的变形与破坏［4］、岩石爆破破坏界面上的应力［5］、岩石中条形装药能量分布［6］及裂隙圈半径［7－10］进行研究并取得了一定的研究成果。但对于爆炸荷载作用下含瓦斯煤动态损伤裂纹演化机理的模型实验研究少见报道。

本文针对煤层中柱状装药预裂爆破的特点，采用Froude比例分析法构建模型实验。测量了爆炸波在模型介质中切向、径向波速，模型表面加速度、位移及应变。根据实验结果分析了煤层在爆炸荷载作用下裂纹演化的机制，为煤岩介质中柱状装药预裂爆破提供了一定技术参考。

1 模型实验Froude比例分析法

Froude比例法的最大特点是保持原型与模型的重力加速度之比为1，因此在实验中不必改变重力加速度数值，但必须保持应力比例系数与密度比例系数、几何比例系数满足σ=ρl。

模型实验材料与原型实验材料密度比取密度相似比例系数最大值Kρ=1.6。模拟煤体的对象为中等偏软强度原始煤体，根据应力比例取值范围取Kρ=0.4。……