水围压环境下煤的冲击破裂特征及能量耗散规律试验研究

王凯; 冯国瑞; 白锦文; 张俊亮

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2025021

矿业科学学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (03) : 467 -476. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2025021

水围压环境下煤的冲击破裂特征及能量耗散规律试验研究

王凯, 冯国瑞, 白锦文, 张俊亮

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摘要

为研究三轴条件下煤岩体真实冲击破裂过程及能量耗散规律，基于自主研发的多场耦合霍普金森压杆(SHPB)试验系统，开展煤样的可视化试验，研究不同水围压条件下煤样裂纹演化特征，分析煤样动力学指标与冲击速度、应变率和水围压之间的关系，阐明水围压作用对煤样能量吸收—转化—释放的影响特征。结果表明：水围压环境中，煤体的动态强度呈现明显的应变率效应。水围压与煤体的动态强度之间具有良好的二次函数关系，且随水围压的升高煤样的破坏应变呈递减趋势，破裂模式由轴向劈裂破坏向压剪破坏转变。冲击载荷越大，输入煤体的总能量和用于损伤变形的耗散能越高，煤体的变形程度也愈严重。随着水围压的增大，总输入能呈现逐渐增加的变化趋势，意味着煤体发生破坏时需要外界输入更多能量。