预制钻孔对煤样冲击倾向与能量耗散的影响研究

本文主要探讨了预制钻孔煤样的冲击倾向性及其能量耗散规律。作者采用煤的冲击倾向性测定方法，对单轴加载下的钻孔煤样进行了深入研究。实验发现，钻孔对煤样破坏形态产生了显著影响，原本的剪切劈裂破坏方式转变为在孔洞两侧孕育裂隙，最终形成贯穿岩桥的破坏，同时伴随有塌孔现象。随着钻孔排数的增加，煤样表现出明显的力学行为变化：应力峰前的塑性损伤加剧，峰值强度下降，储存的弹性能量减少，破坏过程中的耗时增长，冲击能量和弹性能量指数也随之降低，动态破坏时间延长，冲击倾向性逐渐减弱。 进一步的研究揭示了破碎颗粒分形维数与新增表面积之间的负相关关系：分形维数越高，表示煤样的破碎程度越低，新增表面积相应较小。而在应力峰前，试样的能量输入和耗散与新增表面积关联不大，但峰后的能量释放和耗散规律与新增表面积紧密相连，新增表面积越大，峰后耗能越多。加载速率和钻孔布置对峰后能量差值的影响呈现“U”形曲线，钻孔的存在减缓了能量的释放和耗散速度，尤其对于多孔试样，效果更为显著：单孔降低约17.0%，双孔降低约68.3%，三孔降低约70.8%。这意味着钻孔卸压不仅能够减少峰前的应变能积累，还能降低峰后单位时间内的能量释放，从而降低了动力破坏的风险。 这项研究提供了关于预制钻孔煤样在冲击压力作用下行为的新见解，为冲击地压防治策略，特别是钻孔卸压技术的优化设计提供了定量依据，对于保障煤矿开采安全具有重要的理论和实践意义。