煤炭深部开采动力灾害，大多是采动影响下岩煤组合结构整体破坏失稳的结果。岩煤高度影响组合体试样变形破坏特征。采用新拓三维DIC技术进行单轴压缩试验，揭示不同高比灰岩−煤组合体试样变形破坏特征，为深部开采动力灾害研究提供数据支撑。

试验加载采用电子万能试验机，新拓三维DIC技术进行图像采集及应变场分析，试验机加载速率设置为0.005 mm/s，加载应力下降达到峰值应力的1%，试验自动停止。

DIC技术分析岩煤组合体结构抗压强度

下图所示为单一灰岩、单一煤样及不同高比岩煤组合体试样，DIC技术分析单轴压缩应力−应变曲线

DIC技术分析单轴压缩应力-应变曲线

不同高比下，岩煤组合体试样单轴压缩应力−应变曲线线型，与单一煤样的更相似，均经历初始压密阶段、线弹性阶段、塑性屈服阶段和峰后破坏阶段。因此，煤样决定组合体试样应力−应变曲线形态。

采用DIC技术分析不同高比灰岩−煤组合体试样单轴压缩试验结果。

下图所示为不同高比灰岩−煤组合体试样单轴压缩强度和弹性模量（E，即应力−应变曲线的线弹性阶段斜率）对比结果。

DIC技术测量单轴压缩强度和E对比

DIC技术测试数据表明：随着岩煤高比增大，组合体试样单轴压缩强度和E均呈增大趋势。不同高比灰岩−煤组合体试样强度特征有所差异，是由灰岩、煤样之间相互作用机制导致的。

DIC技术分析灰岩−煤组合体变形破坏特征

DIC技术分析变形场演化特征

5组不同高比灰岩−煤组合体试样单轴压缩试验中，每组3个试样试验结果基本一致，因此，每组选取其中1个试样进行变形场演化特征分析。

A-1组合体试样单轴压缩应力−应变曲线特征点选取

下图所示为不同高比灰岩−煤组合体试样最大主应变场演化云图

下表所示为不同高比灰岩−煤组合体试样裂纹与变形场演化特征

灰岩−煤组合体试样变形局部化带演化与煤样内原生裂纹起裂、扩展密切相关，如宏观裂纹界面错动与尖端起裂、扩展，微裂纹萌生、起裂、扩展等。变形局部化带随着裂纹的起裂、扩展而发生交汇，进而诱发煤样破坏，最终导致组合体试样整体破坏。

DIC技术分析灰岩回弹变形特征

为进一步揭示灰岩、煤样之间相互作用机制，在灰岩、煤样交界面布置监测点，新拓三维DIC测量技术监测灰岩高度Hr和煤样高度Hc的变化情况。

不同高比灰岩−煤组合体试样监测点布置

不同高比灰岩−煤组合体试样破坏过程中，Hr和Hc均呈整体波动递减趋势，其中组合体试样Hr和Hc波动主要受灰岩、煤样原生裂纹长度和数量的影响。

结论

1）DIC技术分析试样单轴压缩强度和弹性模量，破坏后宏观裂纹演化特征。

2）DIC技术分析变形局部化带，裂纹区域，且随着裂纹的起裂、扩展而发生交汇，进而诱发煤样破坏，煤样破坏导致灰岩回弹变形

3）在同等条件下，顶板岩层厚度越大，煤层开采过程中越易发生冲击地压等动力灾害。

4）新拓三维DIC技术采用直观、高效的力学光测分析手段，对全场形貌进行非接触测量，实时记录岩煤组合体全场应变，裂纹萌生及演过过程，可更直观的探究不同高比灰岩-煤组合对结构的力学特性的影响。

案例摘自：【陈绍杰，山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地，不同高比灰岩−煤组合体变形破坏特征实验研究】

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责任编辑：kj005