沖擊荷載作用下各向異性煤體中大孔結(jié)構(gòu)變化規(guī)律研究

梁為民，李曉鵬，李敏敏

（河南理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 焦作 454003）

0 引 言

煤礦開采過程中煤與瓦斯突出問題是威脅煤礦開采人員安全的重要問題之一[1]。工程中常采用致裂技術(shù)比如，深孔預(yù)裂爆破技術(shù)、CO2相變致裂技術(shù)、高壓空氣爆破致裂技術(shù)等作為增透手段改善煤與瓦斯突出[2-7]。致裂過程中，應(yīng)力波改變了煤體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，從而降低煤層瓦斯的含量和壓力[8]。因此，研究沖擊荷載作用下煤體孔隙結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，能夠?yàn)槊簩釉鐾钢兄铝鸭夹g(shù)參數(shù)的設(shè)置提供相關(guān)理論依據(jù)。

為解決煤與瓦斯突出的問題，大量學(xué)者已經(jīng)開展了豐富的研究。王兆豐等[9]、曹樹剛等[10]、譚波等[11]采用深孔預(yù)裂爆破的方式對煤層進(jìn)行增透，認(rèn)為沖擊作用可以改變煤的孔隙結(jié)構(gòu)，以降低瓦斯突出的危險性。李守國等[12-13]通過大量地面氣爆試驗(yàn)，認(rèn)為高壓空氣爆破致裂煤體技術(shù)可以產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊效應(yīng)，改變煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對煤體進(jìn)行有效增透。鮑先凱等[14]采用高壓電脈沖水力壓裂法對煤層進(jìn)行增透，認(rèn)為在相同水壓力下，與靜水壓裂相比，能夠?qū)_擊應(yīng)力作用在煤層上，影響裂隙發(fā)育。

在實(shí)驗(yàn)室研究方面，國內(nèi)外學(xué)者普遍采用分離式霍普金森壓桿（Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB）作為沖擊手段，研究煤巖體的動態(tài)力學(xué)性能。AI等[15]利用SHPB沖擊試驗(yàn)，得出了沖擊對結(jié)構(gòu)異性煤體的動態(tài)拉伸強(qiáng)度、應(yīng)變率和應(yīng)變等動態(tài)力學(xué)參數(shù)有較大影響。龔爽等[16]采用SHPB沖擊試驗(yàn)對結(jié)構(gòu)異性煤體進(jìn)行了斷裂特性……