單軸壓縮條件下不同含水率煤體裂紋擴(kuò)展及破壞模式研究

盧衛(wèi)永， 劉琦， 屈麗娜， 張海軍

（1. 呂梁學(xué)院 礦業(yè)工程系，山西 呂梁 033001；2. 呂梁市智慧煤礦工程技術(shù)研究中心,山西 呂梁 033001；3. 中原工學(xué)院 能源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 451191；4. 山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司，山西 呂梁 033000）

0 引言

隨著淺部煤炭資源枯竭，深井開(kāi)采勢(shì)在必行。深部煤層賦存條件復(fù)雜多變，煤體呈現(xiàn)出大變形、強(qiáng)流變等失穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致煤巖動(dòng)力災(zāi)害愈發(fā)頻繁，不僅造成煤炭資源嚴(yán)重?fù)p失，也威脅煤礦井下安全生產(chǎn)[1]。水分是煤體內(nèi)固有成分，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中由于覆巖移動(dòng)及結(jié)構(gòu)斷裂的變化，導(dǎo)致含水層內(nèi)水分經(jīng)導(dǎo)水裂隙帶流入煤層后引起煤體含水量增加，而水分的侵入勢(shì)必造成煤巖微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能發(fā)生改變，一定程度上造成煤巖整體結(jié)構(gòu)損傷弱化，從而加劇了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性；同時(shí)水分的侵入會(huì)對(duì)煤體孔裂隙內(nèi)的瓦斯氣體產(chǎn)生驅(qū)替作用，造成鉆孔積水，為瓦斯壓力測(cè)定、鉆孔瓦斯抽采等防治措施帶來(lái)技術(shù)難題[2-3]。因此，深入研究水分侵入對(duì)煤體力學(xué)性質(zhì)的影響機(jī)制，對(duì)于礦井瓦斯防治、深井安全開(kāi)采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，眾多學(xué)者開(kāi)展了大量關(guān)于含水煤體力學(xué)性質(zhì)方面的研究。來(lái)興平等[4]研究了含水煤巖體損傷演化過(guò)程中能量釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)含水率越高，煤體失穩(wěn)過(guò)程中發(fā)育的裂隙數(shù)就越多，且煤巖體破壞組合形式更為復(fù)雜。王凱等[5]開(kāi)展了不同含水率原煤和型煤試樣的單軸壓縮試驗(yàn)，對(duì)比探討了2種煤樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征及宏觀破壞結(jié)果，建立了考慮含水率的煤體分段式損傷本構(gòu)模型。……