浸水煤体单轴压缩能量破坏机理及层理效应

摘要

煤矿地下水库煤柱坝体存在显著的浸水渐进灾变力学响应，揭示浸水煤体单轴压缩能量演化特性的层理效应对煤柱坝体设计优化及安全控制具有重要意义。采用岩石多轴加载力学试验系统TEST 60，开展垂直及平行两种层理在不同浸水时间（0、2、4、16 d）下煤样的单轴压缩试验，获取浸水煤样单轴压缩全应力–应变曲线及物理力学参数，探究煤样单轴压缩加载全过程能量演化特征，分析不同层理浸水煤样单轴压缩能量演化机理。结果表明：1）长时间浸水后，垂直层理和平行层理煤样均发生了明显的水软化，抗压强度明显变小，且各能量指标均较未浸水时有明显降低；浸水16 d的平行层理、垂直层理煤样峰值应力处对应的总能量分别为未浸水时的56%、53%。2）浸水4 d内，平行层理煤样受水软化作用的影响不显著；垂直层理煤样的抗压强度先增加后降低，弹性能变化趋势与抗压强度保持一致，总能量、耗散能随着浸水时间的增加逐渐降低。3）相同浸水时间下，垂直层理煤样的强度及变形破坏过程中的各能量指标均高于平行层理煤样；未浸水垂直层理煤样的峰值总能量约为平行层理的2倍。4）由于不同层理方向煤样的吸水能力及其破坏面与层理面的关系有差异，导致在短时间浸水作用后不同层理煤样单轴压缩能量演化存在差异。研究结果丰富了已有对浸水煤体受载破坏过程能量演化规律的认识，为指导煤矿地下水库的安全建设与稳定运行提供参考和依据。

关键词

浸水时间 / 层理 / 煤样 / 单轴压缩 / 能量演化

基金资助

国家自然科学基金项目（52174084）; 煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室开放基金项目（WPUKFJJ2022-07）; 四川省自然科学基金项目（2022NSFSC0406）