不同高比含瓦斯岩-煤-岩组合体力学特性及声发射响应规律

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2024.0255

采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (4): 960-970.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0255

不同高比含瓦斯岩-煤-岩组合体力学特性及声发射响应规律

郭鹏慧1,2,3,杨科1,2,3,李家卓1,2,3,池小楼1,2,3,刘文杰1,2,3,吴向辉1,2,3

1. 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室,安徽淮南 232001;
2. 安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室,安徽淮南 232001;
3. 安徽理工大学矿业工程学院,安徽淮南 232001

出版日期:2025-07-15 发布日期:2025-07-15
通讯作者: 杨科，E-mail： yksp2003@163.com ，Tel： 0554-6632995
作者简介:郭鹏慧(1996— ),男,山西省大同市人,博士研究生,从事煤岩瓦斯动力灾害监测预警与防治方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目(U21A20110);国家重点研发计划项目(2023YFC2907502);安徽省高校优秀科研创新团队项目（2024AH010009）；煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室研究生开放基金项目(JYBSYS202406)；安徽省研究生学术创新项目(2024XSCX076)；安徽理工大学研究生创新基金项目(2023CX1005)

Mechanical properties and acoustic emission responses of gas-bearing rock-coal-rock combinations with different height ratios

Online:2025-07-15 Published:2025-07-15

摘要/Abstract

摘要： 煤层厚度变异及留设煤柱均可引起顶板-煤体-底板组合体结构变化,在瓦斯浸润-劣化作用下,组合体结构内部微裂隙及弱结构充分发育,破坏难以预测。开展气固耦合条件下不同高比岩-煤-岩组合体单轴加载试验,系统分析其力学特性、破坏特征以及声发射响应规律。研究结果表明:瓦斯劣化了组合体整体强度,加强了“界面效应”对于砂岩的弱化作用,减弱了“界面效应”对煤的强化作用;煤岩体阶段Ⅰ (0<σ₀<1／4σ_max),裂纹被压实,声发射振铃计数较少,阶段Ⅱ(1／4σ_max<σ₀<1／2σ_max),声发射振铃计数稳步增加,峰值频率呈高频低幅,阶段Ⅲ(1／2σ_max<σ₀<3／4σ_max),裂隙增生、扩展,峰值频率呈中频中幅,频段由高到低逐渐减少甚至消失,阶段Ⅳ(3／4σ_max<σ₀<σ_max),振铃计数在峰后阶段出现“二次峰值”点后,煤岩发生宏观破坏,峰值频率呈低频高幅;随着煤厚增加,组合体拉伸破坏占比平均值分别为91.92％,83％和76.17％,脆性减弱,塑性增强,裂纹倾角增大,宏观破坏形态由“X”形向“Y”形共轭破坏转变。研究结果为揭示深部含瓦斯煤层灾变失稳机理及防治深部煤岩瓦斯复合动力灾害提供了基础理论指导。

关键词: 气固耦合, 瓦斯, 岩-煤-岩组合体, 单轴压缩, 声发射

中图分类号:

TD 315

郭鹏慧, 杨科, 李家卓, 池小楼, 刘文杰, 吴向辉, . 不同高比含瓦斯岩-煤-岩组合体力学特性及声发射响应规律[J]. 采矿与安全工程学报, 2025, 42(4): 960-970.

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不同高比含瓦斯岩-煤-岩组合体力学特性及声发射响应规律

Mechanical properties and acoustic emission responses of gas-bearing rock-coal-rock combinations with different height ratios

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