水岩作用下煤岩组合体力学特性损伤劣化机制

大水矿山和富水环境条件下的煤岩体以及井下留设的隔水煤岩柱均会受到地下水的侵蚀 影响,煤岩体在水岩作用下的力学特性与损伤将直接影响其稳定和安全。 基于此,对细砂岩-煤(FC)、粗砂岩-煤(GC)、细砂岩-煤-粗砂岩(FCG)3 种煤岩组合体开展不同浸水时间下的单轴 压缩试验,研究水岩作用下煤岩组合体力学特性演化规律和声发射损伤特征,分析煤岩组合体水岩 作用下的劣化机制。 结果表明:1 随浸水时间的增加,组合体含水率逐渐增大,但增幅减小;相同 浸水时间下 GC 组合体的含水率最高,FC 组合体含水率最低;组合体浸水 40 d 时,已基本达到饱水 状态。 2 随着浸水时间的增加,组合体的抗压强度逐渐减小,抗压强度总劣化度和阶段劣化度表 现出一定的时间效应和非均匀性;随着浸水时间的增加,劣化效应逐渐减弱。 相同浸水时间下,FC组合体的抗压强度最大,GC 组合体的抗压强度最小。 3 随着浸水时间的增加,3 种组合体的弹性 模量均出现不同程度的降低,弹性模量总劣化度不断增大;浸水前期,弹性模量的劣化效应较为明 显,浸水后期,劣化效应较弱。 4 随着浸水时间的增加,组合体的声发射累积能量和累积数出现不 同程度的减少,试样的储能能力和应变能释放能力显著降低,试样的塑性增强。 5 构建了基于浸 水时间的组合体损伤模型,由模型可知,随着浸水时间增加,水对组合体的损伤也不断增加,但增幅 逐渐变小。 6 详细分析了水岩作用下煤岩组合体的劣化机制,水对煤岩试样的物理、化学、力学作 用导致试样内部微观结构的变化,进而导致抗压强度、弹性模量等力学特性的劣化。 水岩作用对煤 岩组合体的劣化效应是从微观到宏观的损伤累积过程。