冲击荷载下浸水煤样动态力学特性及破碎分形特征研究

doi:10.13545/j.cnki.jmse.2025.0250

采矿与安全工程学报 ›› 2026, Vol. 43 ›› Issue (1): 138-147.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2025.0250

冲击荷载下浸水煤样动态力学特性及破碎分形特征研究

李猛1,2，张勇1，谭龙艳2，武洋1，王路军1，赵阳2

1. 北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室，北京102211；
2. 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室，江苏徐州221116

出版日期:2026-01-15 发布日期:2026-01-10
通讯作者: 李猛，E-mail： limeng1989@cumt.edu.cn，Tel： 15252039685
作者简介:李猛（1989— ），男，山东省枣庄市人，博士，研究员，从事绿色充填开采、矿山固废处置与利用等方面的研究。
基金资助:
煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室开放基金课题(GJNY-20-113-02)

Dynamic mechanical properties and fractal characteristics of water-immersed coal samples under impact loading

Online:2026-01-15 Published:2026-01-10

摘要/Abstract

摘要： 为研究冲击荷载下浸水煤样的动力学响应规律及破碎分形特征，开展不同时间（0，5，11，24和96 h，对应含水率分别为0%，3.62%，4.93%，5.52%和6.11%）的煤样浸水试验，并利用分离式霍普金斯压杆（SHPB）系统，在0.2，0.3，0.4，0.5和0.6 MPa的冲击气压下对浸水煤样进行动态压缩试验。试验结果显示，冲击荷载下浸水煤样的动态应力-应变曲线可分为5个典型阶段：裂隙压密阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段、裂隙不稳定扩展阶段和卸载破坏阶段。浸水煤样在冲击荷载下表现出显著的应变率强化效应和含水率软化效应，煤样的峰值应变率、动态峰值强度和弹性模量均随冲击气压的增大而提高，但随含水率的升高而降低。不同冲击气压条件下，含水率与动态峰值强度、强度劣化因子之间呈现差异化的负相关关系。随着冲击气压与含水率的增加，浸水煤样破碎后的平均粒径越小，同时破碎程度越高，分形维数越大。

关键词: 冲击荷载, 浸水煤样, 含水率, 动态力学特性, 分形特征

中图分类号:

TD 315

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冲击荷载下浸水煤样动态力学特性及破碎分形特征研究

Dynamic mechanical properties and fractal characteristics of water-immersed coal samples under impact loading

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