煤岩组合体的力学特性模拟：强度比与高度比影响分析

本文主要探讨了煤岩组合体力学特性的模拟研究，针对岩煤强度比和煤岩高度比对煤岩复合材料力学性能的影响进行了深入分析。研究者采用了颗粒流动力学软件PFC2D，通过对不同参数的煤岩体进行数值模拟，得出了关键的结论。 首先，研究发现煤岩组合体的破裂形态呈现出四种类型：煤体的"V型"剪切破裂，这种破裂模式意味着煤体在受到应力作用时沿某一方向发生断裂；煤体单一裂纹剪切破裂，表示煤体内部形成单一连续裂缝；煤体的"X型"剪切破裂，表明煤体在两个方向上同时发生断裂；最后是煤岩共剪破裂，即煤和岩石共同经历剪切断裂。这些破裂形态揭示了煤岩结构对力学响应的重要影响。 其次，冲击能量指数的结果显示，随着煤岩高度比（即煤体体积与岩石体积的比例）的减小，冲击能量指数先呈现上升趋势，然后趋于下降。这可能是因为高度比小的组合体在冲击下能更好地分散和吸收能量。然而，当岩煤强度比（即岩石强度与煤体强度的比例）增加时，冲击能量指数会逐渐减小，反映出更强的岩石能够更好地抵抗和传递冲击力。 再者，组合体的力学性能随参数变化而变化。随着煤岩高度比的降低，极限抗压强度和弹性模量均有所增强。这是因为高度比较小的组合体更紧密，抵抗压缩的能力更强。相反，岩煤强度比的增加对弹性模量有正向影响，但对极限抗压强度的影响则趋向于稳定，说明当煤体强度不足以支撑时，增加岩石强度并不能无限提高整体抗压性。 本研究通过数值模拟方法，揭示了煤岩组合体的力学行为受其内部结构参数（如强度比和高度比）的显著影响，这对于理解和预测煤矿开采过程中的力学行为以及优化安全措施具有重要的理论和实践价值。在煤炭工业领域，这些研究成果可为岩煤开采设计、灾害预防以及采掘设备选择提供科学依据。