为探究冲击荷载作用下煤岩组合体承载结构的动力学响应特征,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统结合超高速摄像机,设计开展了 4种典型岩样与相同煤样水平层状复合而形成的煤岩组合体冲击压缩试验,对比分析了应力波由岩入煤情况下,煤岩组合体应力波传播规律、动态应力-应变关系、能量耗散规律及破坏失稳特征.研究结果表明:①煤岩组合体与入射杆波阻抗匹配效果的差异性对应力波传播的影响随冲击速度的增大逐渐减弱.② 随冲击速度的增大,煤岩组合体最大动态峰值应力和峰值应变具有明显的应变率效应,入射能呈线性增大且与试样无关,反射能占比近似呈线性降低,最大动态峰值应力和吸收能占比近似呈幂函数增大.③冲击荷载作用下,煤岩组合体宏观裂隙起裂大多发生在远离煤岩交界面且强度相对较低的煤体或岩石端部,当裂隙发育至煤岩界面处,且裂纹尖端应力大于"弱化"煤岩强度时,裂隙将越过煤岩界面继续发育.④煤岩组合体冲击破坏时,在组合体动力显现影响程度方面,呈现出冲击速度大于岩石强度,岩石强度大于波阻抗匹配效果的规律.⑤相同冲击速度下,随着岩石强度的增大,岩组分更多起到能量的积聚和传递作用,岩石模式由劈裂破坏向剪切破坏转变,煤岩组合体动力显现逐渐向煤体转移,煤体破坏程度逐渐增大,煤样破碎颗粒逐渐由块状向粉状过渡,煤样破碎块体块度平均粒径降低,煤岩组合体分形维数逐渐增大.研究结果对动压巷道围岩控制提供了基础研究.

煤岩组合体;SHPB;动态应力-应变关系;能量耗散规律;破碎特征

杨科;刘文杰;马衍坤;窦礼同;刘帅;魏祯;许日杰

安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南 232001;合肥综合性国家科学中心能源研究院,安徽合肥230031;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110819

煤炭学报

[1]杨科;刘文杰;马衍坤;窦礼同;刘帅;魏祯;许日杰-.煤岩组合体冲击动力学特征试验研究)[J].煤炭学报,2022(07):2569-2581

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