煤岩组合体应力传递与强度特征倾角效应

TD323; 大倾角煤层安全高效开采的关键在于对围岩稳定性的有效控制,揭示煤岩组合体采动力学行为倾角效应是大倾角煤层多尺度围岩协同控制的基础.针对煤岩组合体在不同倾角时的层间应力传递、主应力偏转及非均衡变形破坏等力学特征,采用岩石力学试验、数值模拟与理论分析综合互馈的研究手段,分析了煤岩组合体内部主应力展布形态以及变形破坏规律的倾角效应.结果表明:倾角在0°～60°变化时,交界面处的煤岩组合体主应力大小和方向的演化特征分为2类;当层面倾角小于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而减小,第3主应力呈"煤减+岩增"的单调演变趋势,主应力方向呈"煤顺+岩逆"的偏转状态;当层面倾角大于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而增大,第3主应力变化幅度增大,主应力方向呈"煤逆+岩顺"的偏转状态;煤岩组合体受倾角影响时的2种状态的力学特征不同使得煤岩组合体由"交界面上侧岩体+非交界面部分煤体"转变为"交界面下侧煤体+非交界面部分煤体"的组合破坏模式,即对应于组合体的剪切变形破坏规律向界面处的滑移破坏规律的转变,因而煤岩组合体的强度随倾角增大而降低.研究结果揭示了煤岩组合体应力非均衡传递规律及其破坏机理的倾角效应,对大倾角煤层安全高效开采具有一定的理论参考意义.