基于SHPB動載過程的煤巖沖擊破壞特征試驗研究

孫曉元，李吉輝*，丁 浩，金廷旭，謝建林，梁 磊

（1.太原科技大學 安全與應急管理工程學院，山西 太原 030024；2.中國礦業大學（北京）應急管理與安全工程學院，北京 100083）

在煤礦的重特大事故中，煤與瓦斯突出和沖擊地壓等動力災害以其發生突然、發展迅猛、破壞程度大、波及范圍廣和極易引發二次事故等特點，成為困擾煤礦安全生產和高效回采的核心問題[1]。明確機理無疑是破解煤巖動力災害難題的前提與關鍵，但至今尚未形成普適性結論。近年來，有學者提出煤巖系統破壞失穩是動力災害發生的先決條件[2]，并在此基礎上將煤巖失穩的發生機制分為準靜載作用下的流變破壞和動載作用下的瞬態破壞2種類型[3]，引起了國內外學者的廣泛關注。事實上，上述誘發煤巖破壞的荷載狀態可參照應變率差異予以分級討論[4]。相較而言，探討沖擊動載條件下的煤巖破壞特征更接近現場動力災害發生過程[5]，對其進行有針對性的分析也更有意義。

作為沖擊動載的理想設備，SHPB（Split Hopkinson Pressure Bar）裝置被廣泛應用于介質破壞特性分析[6]，并取得了豐碩成果。僅就煤巖材料而言，鞠楊[7]通過制備內含節理面的巖石樣品，建立了應力波動、能量耗散與節理維數之間的函數關系；黎立云[8]指出巖石損傷變量隨沖擊速度/耗散能密度呈弱冪函數增加；趙毅鑫[9]和韓秀會[10]等運用高速攝影和數字散斑技術，對巴西圓盤原煤試件在沖擊載荷作用下的裂隙演化規律與擴展特征進行系統研究；……