采矿与安全工程学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (2): 404-417.doi: 10.13545/j.cnki.jmse.2024.0136

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含瓦斯煤力学特性及其破坏风险等级预测模型

杨科1,2,3,许日杰1,2,3,张杰1,2,3,池小楼1,2,3,刘文杰1,2,3,5,郑诗章1,2,3,刘旺军4   

  1. 1. 安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽 淮南 232001; 2. 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; 3. 安徽理工大学矿业工程学院,安徽 淮南 232001; 4. 淮北矿业股份有限公司芦岭煤矿,安徽 宿州 234000; 5. 都灵理工大学环境、土地和基础设施工程学院,意大利 都灵 10129
  • 出版日期:2025-03-15 发布日期:2025-03-18
  • 通讯作者: 许日杰,E-mail: xurijie_1999@163.com,Tel:19154083459
  • 作者简介:杨科(1979— ),男,四川省叙永县人,博士,教授,从事煤岩动力灾害监测预警与防控方面的研究。
  • 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);安徽省自然科学基金项目(2308085QE149)

Mechanical properties and prediction model of failure risk level of gas-bearing coal

  • Online:2025-03-15 Published:2025-03-18

摘要: 为研究深部煤岩瓦斯动力灾害致灾机理及风险判识方法,以两淮矿区芦岭矿煤样为研究对象,开展了不同初始瓦斯压力下煤样单轴压缩试验,分析了瓦斯压力变化对煤体力学特性、破坏特征及声发射事件的影响规律,建立了基于卷积随机向量函数连接网络(CRVFL)的含瓦斯煤破坏风险等级预测模型。研究结果表明:含瓦斯煤应力-应变曲线峰值应力前存在明显塑性应力降现象,局部应变能得到提前释放,随着瓦斯压力升高,煤样峰值应力与弹性模量均呈指数型函数减小;煤样破坏形态与碎屑分布受瓦斯压力变化影响明显,随着瓦斯压力升高,破坏模式由剪切破坏逐渐转变为张拉破坏,分形维数呈对数型函数增长;含瓦斯煤渐进破坏过程中会产生明显的声发射能量信号激增现象,最大声发射能量幅值随瓦斯压力升高先急剧减小后稳定下降;CRVFL模型能够对含瓦斯煤破坏风险等级进行有效预测,准确率均大于99%,体现了模型的稳定性与数据泛化能力。研究成果为深部高瓦斯煤层煤岩瓦斯动力灾害风险判识提供了理论基础。

关键词: 岩石力学, 含瓦斯煤, 声发射, 机器学习, 破坏预测

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