深部煤岩原位扰动力学行为研究

高明忠^1,2,3,4,5,6，王明耀^5,6，谢晶^5,6，高亚楠^5,6,7，邓光迪^1,2,3,4,5,6，杨本高^1,2,3,4,5,6，王飞^5,6，郝海春^1,2,3,4，谢和平^1,2,3,4,5,6

1. 深圳大学广东省深地科学与地热能开发利用重点实验室2. 深圳大学深地科学与绿色能源研究院3. 深圳大学深圳市深部工程科学与绿色能源重点实验室4. 深圳大学土木与交通工程学院5. 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室6. 四川大学水利水电学院7. 中国矿业大学深部资源流态化开采前沿科学研究中心

摘 要：深部开采是我国矿产资源获取的主要途径,然而目前深部资源的开发现状是工程领先倒逼理论创新,时效性差,灾害频发。系统探索深部岩体原位力学行为已经成为了深部矿产资源高效开采亟待攻关的基础科学问题。以深部煤炭开采为工程背景,通过现场井下实测捕捉深部岩体所经历的应力路径,进而考虑扰动应力路径、深度原位赋存环境等因素,开展深部煤岩原位力学与破坏特征的模拟测试,主要结论有:①赋存深度是深部原位岩体力学行为的重要影响因素。岩体强度随赋存深度非线性增长,浅部（低围压）岩体的强度受载荷速率影响较小,加卸载速率对深部（高围压）岩体力学特征影响存在特定范围。②工程扰动是深部原位岩石力学特性的重要影响因素。扰动应力路径下岩体较常规三轴强度降低,且与常规三轴力学试验不同的是出现低初始应力作用下的体积膨胀和高围压作用下的体积收缩现象。③原位扰动应力路径下,随深度增加岩体破坏后表面微裂纹数量减少,由"半Y"型拉-剪复合破坏向"半X"型纯剪切破坏过渡。④建议的煤岩原位岩石力学测试方法可以较为真实模拟地下工程扰动形成的三向不等压力学状态,能有效在实验室条件下揭示深部开采扰动下煤岩体力学行为。

关键词：深部开采;原位力学;扰动力学;放顶煤;真三轴试验;