应力波作用下煤岩层面超低摩擦特征解析理论研究

• Published in: 煤炭学报 Vol. 49; no. 11; pp. 4495 - 4507
• Main Authors: 王晓, 张学朋, 李文鑫, 蒋宇静, 李郑梁, 王春光
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 山东科技大学矿山灾害预防控制实验室,山东 青岛 266590%山东科技大学矿山灾害预防控制实验室,山东 青岛 266590%中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州,311122 01.11.2024; 山东科技大学能源与矿业工程学院,山东 青岛 266590%山东科技大学能源与矿业工程学院,山东 青岛 266590
• Subjects: ultra-low friction; stress wave propagation; 煤岩层面; dynamic disaster; 解析模型; analytical model; 超低摩擦; 应力波传播; 动力灾害; coal rock interface
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2023.1197

TD324; 在地质构造、开挖面切割以及高应力、强采动影响下,深部煤岩大多具有明显的块状构造特征,当受到顶板断裂等动载应力波作用下时,这些块状煤岩层面极有可能会产生超低摩擦滑动现象,进而诱发滑移型冲击地压等动力灾害事故.为了探究应力波作用下煤岩层面超低摩擦特征,基于应力波传播理论推导了应力波与煤岩层面相互作用解析理论模型.在解析模型中,分别采用Bandis-Barton模型以及Coulomb-slip模型表征煤岩层面的法向和切向行为.通过将解析模型与已有理论模型以及相同的UDEC模型计算结果进行比较,验证了解析模型的可靠性.讨论了煤岩层阻抗比、煤层高度、应力波入射角对应力波作用下煤岩层面超低摩擦特征的影响.研究结果表明:随着煤岩层波阻抗比的增加,煤岩层面相对法向位移的变化范围越大,煤岩层面越容易产生超低摩擦现象,或更容易产生摩擦力更小的现象;煤层高度越高,煤岩层面的相对法向位移变化以及相对切向位移变化整体上越小,煤岩层面整体上越不容易产生超低摩擦现象;随着应力波入射角(10°～40°)的增加,煤岩层面相对法向位移的变化范围越小,但煤岩层面的切向应力分量变化增大,若没有水平推力作用,随着应力波入射角的增加,煤岩层面发生超低摩擦滑动的可能性更大.