丁言露岳中琦

1.北京大学工学院,北京 100871;2.北京大学北京天然气水合物国际研究中心,北京 100871;3.香港大学土木工程系,香港特别行政区 999077

0 引言

煤岩破裂造成的动力灾害严重威胁着采矿和隧道开挖工程,如岩爆、冲击地压和煤与瓦斯突出等。煤岩在深部地下形成过程中伴随着气体运移,如甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)等。岩爆、冲击地压和煤与瓦斯突出是煤岩特殊的动力破坏形式,其深层机理尚未被完全揭示。在煤岩体开挖形成临空面后,煤岩体内外形成气压差,可能引起煤岩的变形破坏。当煤岩体内封闭气体含量较多时,开挖后产生的较大气体压强差可能诱发冲击地压和岩爆现象。陈宗基和康文法(1991)提出了“封闭应力”的概念,指出岩石工程灾害是由于岩石内“封闭应力”导致的。岳中琦(2014,2015)进一步提出“封闭应力”的能量来源于岩石内部封闭的微细气体包裹体。这些微细气体包裹体在高压强时具有较大的膨胀能力。同时,当煤岩体内气体含量很大时,煤岩体可在高压气体的作用下发生变形和破坏,导致煤与瓦斯突出现象(He et al., 2010; Yang et al., 2018)。煤岩体动力破坏过程复杂,通常是由多种因素的综合作用产生的,这些因素包括气体压强、煤岩体地应力和煤岩体强度等(Hyman, 1987;Hu et al., 2015;Yin et al., 2016;Wang et al., 2018)。因此,在煤岩体开挖过程中,煤岩体不仅受到地应力等外部载荷作用,而且还受到内部载荷作用。

迄今为止,完整煤岩在准静态载荷和动载荷作用下的力学行为已经进行了很多试验和测试(Evans and Pomeroy, 1966;Huang et al., 2010;Zhang and Zhao, 2014;Zhao et al., 2016;王成虎等, 2020)。但是很少有考虑内部载荷作用下的煤岩体变形破坏特性。……