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瓦斯爆炸与煤岩动力灾害造成的巷道围岩失稳破坏,是井下救援工作开展所面临的障碍。巷道围岩是由煤层与顶底板岩层组合而成的煤岩复合结构,以往对这种复合结构在动载荷作用下的损伤失稳机制缺少深入研究。本文利用MTS伺服压力机和霍普金森压杆系统(SHPB),研究了复合煤岩体的力学性能和破坏特征,考虑了组合类型、煤岩比例和角度的结构影响,同时研究了冲击速度、围压以及冲击方向的外在影响,主要研究发现如下:(1)煤相较于岩石,其静态应力-应变曲线有明显的持续时间较长的压密阶段,就破坏而言,煤主要为压剪破坏,岩石则呈劈裂破坏。不同于静态应力-应变曲线,复合煤岩的动态应力-应变曲线没有明显的压密阶段,同时卸载后出现应变回弹现象。(2)复合煤岩的静态抗压强度在数值上约等于其组成煤、岩强度的均值,煤所占比例越大,则压密阶段越长,抗压强度、弹性模量和屈服应变越小;当煤、岩强度相差较大时,组合交界面两侧岩石破坏程度相差较大,表现为煤的破碎程度大于岩石的。此外,当煤岩结合角度小于45°时,复合煤岩破坏形式为轴向劈裂破坏,结合角度为45°时,剪切与劈裂破坏并存,而结合角度为60°和90°时,破坏形式主要为沿交界面的剪切破坏。相比之下,静载荷加载方向对复合煤岩的静态力学参数总体影响不大。(3)基于霍普金森压杆实验系统,研究了冲击方向、组合角度、煤岩比例、冲击速度和围压等变量对复合煤岩动态破坏的影响:随着冲击速度的增大,动态抗压强度、弹性模量和极限应变均呈线性增长;当冲击速度较大时,复合煤岩的动态应力-应变曲线呈现双波峰特征,且第二峰值受冲击速度的影响更大;围压能显著提高复合煤岩的动态抗压强度和抗变形能力,同时抑制纵向裂纹的扩展,促进横向裂纹的发育。复合煤岩中煤所占比例越高,动态抗压强度和弹性模量越低,极限应变越高;随着试样组合角度的增大,动态抗压强度均呈现先降低后升高的趋势,动态弹性模量均逐渐增大,45°的抗压强度最小,90°的最大。研究复合煤岩体的力学性能及其破坏模式,是揭示巷道围岩在冲击载荷作用下失效机制的关键,对指导巷道抗爆设计也具有重要现实意义。该论文有图70幅,表19个,参考文献83篇。