构造煤变形能及在煤与瓦斯突出中的作用

煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害，尽管突出的综合作用假说已被广泛认可，相比于瓦斯膨胀能，煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略，对霍多特和郑哲敏的研究(突出能量领域的代表性成果)开展了系统回顾与讨论，认为霍多特提出的突出激发能量判据以煤体变形能为核心，而郑哲敏的数量级对比结果不能作为变形能可以被忽视的证据。大部分煤与瓦斯突出事故发生在构造煤层中，为揭示构造煤变形能在突出中的贡献，开展了煤体循环载荷实验与三轴破坏同步声发射监测实验，实验结果表明：与原生煤的线性、小变形特征不同，构造煤的加卸载曲线具有非线性、大变形的特征，构造煤的变形能与应力不再符合平方关系。基于土力学临界状态模型，构建了适用于构造煤非线性特征的变形能理论计算模型，该模型反映了煤体变形能与应力间的幂函数关系，确定了构造煤的幂指数主要为1.1～1.3，原生煤的幂指数主要为1.7～1.9，进一步表明构造煤的性质与土体更相似，而原生煤的性质更接近理想弹性体。尽管在相同应力水平下，构造煤的变形能更大，但构造煤在失稳后的对外释放能量很低，表现为损伤破碎时几乎不产生声...