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作者：冯文明;郭军;冯国瑞;白锦文;罗文;文晓泽;张亮;刘全;李丽绒;陈添明;
单位：太原理工大学矿业工程学院;矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室;山西焦煤集团有限责任公司;国能神东煤炭集团有限责任公司;三一汽车制造有限公司;
摘要：采掘工作面过煤柱时常常会遇到煤柱超前动力失稳问题。为探究开采扰动对煤柱动态失稳的影响机制,开展了低频扰动荷载作用下高应力煤柱的动态压缩试验。结果表明:(1)煤样在高应力(80%单向约束抗压强度(UCCS))状态下的破坏存在应力门槛值,门槛值为15%UCCS,越过应力门槛值的高应力煤样破坏前的扰动荷载周期数随幅值增加呈现指数型衰减的规律,幅值的升高会显著劣化煤样的承载能力。(2)越过应力门槛值的煤样在扰动荷载作用过程中的不可逆应变、耗散能、割线模量和阻尼比均呈现3阶段演化规律;此外,随幅值的增加,煤样扰动过程中累计耗散能线性增加,最大值为241.932 kJ/m~3,割线模量均值线性减小,最小值为1.101 GPa,而阻尼比均值呈现指数增加的规律,最大阻尼比为1.593,即幅值的增加使煤样内部劣化得更加严重。(3)煤样扰动荷载施加的初期阶段声发射(AE)能量的大幅增加可作为判断煤样在扰动荷载作用下是否破坏的超前判据,累计振铃计数第2次激增可以作为越过门槛值煤样破坏的前兆信息;随着幅值的增加,煤样扰动全过程声发射b值线性减小,最小值为1.369,即幅值越大,煤样破坏得越突然、越剧烈。(4)随着幅值的增加,越过应力门槛值煤样的破裂模式由剪切破裂为主逐渐过渡到以张拉或混合破裂为主。本研究可为小窑破坏区复采工作面过煤柱时采掘强度控制及充填加固煤柱设计提供参考。
关键词：扰动荷载幅值;;高应力;;能量耗散;;AE特征
基金资助：国家自然科学基金面上资助项目(52474142);; 山西省基础研究计划自然科学研究面上资助项目(202303021211062);; 国家自然科学青年科学基金资助项目(52525401)
