含孔洞坚硬煤体能量聚释特征与卸压机制研究

摘要

为研究钻孔对硬煤试样受载变形破坏过程中能量演化规律及卸压机理的影响，本文通过开展完整煤样与含孔洞煤样的单轴压缩试验及循环加卸载试验，并结合声发射监测与数字图像相关分析，探讨了钻孔对硬煤力学特性、能量分配及裂纹演化特征的影响规律.结果表明：钻孔显著削弱了硬煤的承载强度，其降幅为7.99%～45.11%；基于强度折减指数、能量耗散指数和应变场波动程度指数对钻孔卸压效果进行量化处理，并通过极差和方差计算发现方案7钻孔参数（钻孔直径10 mm、钻孔间距8 mm、钻孔深度30 mm）的卸压响应较为显著；含孔洞煤样表面均形成3个及以上数量的应变局部化带，为能量释放提供了更多的补偿空间；并且声发射振铃计数呈现多峰分布，b值发生明显波动，表明钻孔促使煤样内部能量阶段性释放，延缓了硬煤宏观失稳破坏；钻孔硬煤内部耗散能主要以阻尼能形式释放，循环滞回环逐渐收敛并趋于稳定，表明能量释放过程更可控；钻孔及拉伸裂纹的主要作用是诱导剪切裂纹的萌生，剪切裂纹在各阶段贯通并形成不同尺度的剪切带，实现能量分阶段释放.研究成果表明钻孔具有削弱硬煤脆性特征、改善能量释放路径的作用机理，为深部坚硬煤层巷道卸压提供了机理层面的参考.

关键词

含孔洞硬煤类 / 正交试验 / 声发射特征 / 能量耗散 / 裂纹演化 / 钻孔卸压机理

基金资助

国家自然科学基金项目(52374129,52204144); 山东省高等学校青创科技支持计划项目(2024KJH059)