不同高度比煤岩组合体的力学特性及裂纹演化数值模拟

侯宪港, 韦宇翔, 秦 涛

(黑龙江科技大学 黑龙江省普通高等学校采矿工程重点实验室, 哈尔滨 150022)

0 引 言

深部环境下煤岩体的变形破坏不仅受其自身物理力学特性、赋存地质条件的影响,更重要的是受围岩与煤体相互作用的影响[1],深部开采区属于高应力区域,诸多矿山灾害,如冲击地压、煤与瓦斯突出等,其实质就是在工程扰动下不同煤岩厚度的“煤体-岩体”组合体发生失稳破坏造成的结果。因此,以煤岩组合体为研究对象,研究在不同高度比情况下煤岩组合体的力学特性与裂纹扩展演化规律,对煤炭资源深部环境下的安全性、高效性开采具有重要意义。

近年来,国内外学者通过室内单轴、三轴试验和数值模拟等方法对煤岩组合体进行了深入研究,杨科等[2]以3种不同高比的“岩-煤-岩”(RCR)组合体为研究对象,分析并获得了RCR组合体在不同高度比下的渐近失稳特征和声发射能量演化规律。Gao等[3]通过室内试验和数值模拟两种方法观察到在单轴加载条件下复合岩煤试样的应变爆发现象,研究了煤岩组合体能量的吸收-转变过程。齐庆新等[4]开展了煤岩体的摩擦滑动试验,指出组合煤岩体的不同结构方式对滑动效果的影响和对节理面处应力造成的差异性,验证了冲击地压灾害的失稳机理。Cheng等[5]通过对煤岩组合体进行单轴压缩试验,得出了煤岩高度比越大组合体整体单轴抗压强度越小的规律。Zhang等[6]通过采用UDEC-Trigon方法建立煤-岩组合体的单轴压缩数值模型,计算出其破坏过程中裂纹的数量、长度和宏观面积,分析了裂纹的扩展过程和能量演化规律。……