冲击载荷下单自由面煤块吸能特性研究

煤层钻孔能够改变煤体的结构特性，在冲击载荷作用下，钻孔周围的煤体会发生变形破坏，吸收深部围岩释放的冲击能，降低冲击载荷对巷道支护的作用强度，保障巷道安全。研究不同钻孔参数煤样的吸能性能及规律，对优化煤层钻孔方案、防控冲击地压具有极其重要意义。本文通过自制的吸能缓冲测试系统及数字散斑分析技术，开展单自由面煤样冲击载荷压缩实验，分析钻孔后煤样的孔洞率(即单位体积煤体中钻孔体积占比)与煤样的吸能率和变形破坏特征影响规律。结果表明:无孔煤样本身具有一定的吸能性，其吸能率为 28.01%，而 0.14%孔洞率的煤样，吸能率迅速增长至 50.63%，钻孔可以明显改善煤样的吸能性;煤样的孔洞率与吸能率之间具有良好的正相关性:孔洞率越大，煤样的吸能率随之增加，当孔洞率大于0.39%后，吸能率虽然持续增加但上升的速率逐渐减缓;孔洞率相同的四孔煤样吸能率高于单孔煤样，对于三孔煤样来说，改变钻孔布置方式对煤样的吸能性能影响不大;完整煤样自由面易形成贯穿整体的竖向主裂隙，单孔煤样受到冲击瞬间首先在钻孔附近形成应力集中，并导致钻孔处出现大量裂纹，随着孔径的逐步增加，易形成从钻孔处至冲击端的竖向裂隙;多孔煤样易形成使钻孔连通的裂隙，煤样破碎程度更高，将更多的冲击能转变为表面能，提升了煤样的吸能率。