【摘 要】
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在煤炭资源开采中,煤岩体面临煤与瓦斯突出和冲击地压等冲击荷载的威胁,煤在受到冲击荷载作用时,其抗压强度是抗拉强度的数倍。因此,煤受到冲击作用产生的破碎主要由应力波对煤产生拉伸作用造成的,煤破碎时最直观的特征就是煤表面裂纹的扩展。通过研究不同侧向冲击速度煤裂纹扩展方式,可以对了解深部煤炭开采中动力灾害对煤的破坏、预防煤矿发生动力灾害事故和提高煤炭生产效率提供理论基础。本文利用分离式霍普金森压杆（SH
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在煤炭资源开采中,煤岩体面临煤与瓦斯突出和冲击地压等冲击荷载的威胁,煤在受到冲击荷载作用时,其抗压强度是抗拉强度的数倍。因此,煤受到冲击作用产生的破碎主要由应力波对煤产生拉伸作用造成的,煤破碎时最直观的特征就是煤表面裂纹的扩展。通过研究不同侧向冲击速度煤裂纹扩展方式,可以对了解深部煤炭开采中动力灾害对煤的破坏、预防煤矿发生动力灾害事故和提高煤炭生产效率提供理论基础。本文利用分离式霍普金森压杆（SHPB）实验装置,结合数字图像相关（DIC）技术,研究了煤在不同侧向冲击速度下的动态抗拉强度及表面裂纹的扩展方式,并利用LS-DYNA数值模拟软件模拟了煤动态劈裂实验,得到以下结论:（1）煤的动态抗拉强度具有明显的应变率效应,其动态抗拉强度随着冲击速度的提高而变大。（2）随着冲击速度的提高,煤试件沿杆件轴向方向上位移场位移增量逐渐减小,沿杆件径向方向上位移场位移增量逐渐增大,且试件沿杆件径向方向上位移场位移增量的增加幅度大于试件沿杆件轴向方向上位移场位移增量的减小幅度,说明动态劈裂实验中试件以拉伸破坏为主。（3）试件裂纹在扩展过程中,主裂纹的宽度随冲击速度的增加而增大。冲击速度影响着煤表面裂纹的扩展方式:冲击速度8.31m/s时,煤表面裂纹由试件边缘处向试件中心扩展;冲击速度11.51m/s时,煤表面裂纹由试件中心区域向试件边缘扩展;冲击速度15.27m/s时,煤表面裂纹由试件边缘处向试件中心扩展。（4）在数值模拟研究中,模拟得到的裂纹扩展规律和破坏特征与实验结果相一致。同时还发现,当冲击速度不超过9.5m/s时,煤岩的破坏形式是以其固有微裂纹的扩展和贯通为主;随着冲击速度提高,煤的破坏形式会发生改变,当冲击速度达到13.5m/s时,煤的破坏形式不仅有裂纹的扩展和贯通,还会有压碎破坏,并且在破坏过程产生了更多新的裂纹。图43表5参考文献80
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