高应变率下钻孔煤样冲击破坏试验及数值研究

来源：振动与冲击杂志2024年第9期北京时间：

作者：张寅，尹立冬，代连朋，张季平，李家俊，杨晨晨

单位：1.辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁 阜新123000；2．辽宁大学灾害岩体力学研究所，沈阳110036

摘要：煤层钻孔是防治冲击地压常用的一种简单、经济和有效的降冲减灾手段。针对冲击地压发生后高应变率加载显现，揭示钻孔煤岩的冲击破坏物理过程及其减灾机制对于定量化设计煤层钻孔参数意义重大。为研究高应变率下钻孔对煤样力学性质的影响，通过室内SHPB试验及颗粒流数值模拟对预制孔煤样进行冲击试验。实验结果表明：高应变率加载下钻孔对煤样的动态抗压强度具有显著的弱化作用，随钻孔数目的增加，煤岩动态抗压强度分别下降11.9%、20.4%、23.2%；随钻孔间距的增加，动态抗压强度分别下降20.4%、14.9%、8.5%、16.4%。含钻孔煤样应力-应变曲线存在应力跌落现象与塑性耗能平台期，应力跌落范围与塑性平台范围随孔数目的增加呈上升趋势。高应变率加载下钻孔对煤样的破坏具有明显的变形局部化引导作用，煤岩破坏时，初始主裂纹于平行加载方向的孔边拉应力区产生，次裂纹垂直主裂纹方向，孔间裂纹于孔桥间产生。应力集中区随孔桥破碎重新分布，孔边承载区远离钻孔。钻孔后煤样的AE事件数峰值出现不同程度的后移，当L≤2.5d时，AE事件分布呈双峰特征，L＞2.5d时，AE事件分布呈单峰特征。

关键词：高应变率；SHPB；颗粒流；裂纹扩展