基于正交实验的侏罗系煤层三轴力学性质实验研究Triaxial Mechanical Properties of Jurassic Coal Seams Based on Orthogonal Experiments
程佩昌,王宏志
摘要(Abstract)：
以新疆和什托洛盖煤田侏罗系煤层为对象，综合考虑煤体含水量、加载速度以及围压水平等关键影响因素，采用单轴与三轴压缩实验方法，系统揭示多要素共同作用下煤层的力学响应规律。结果表明：煤样的弹性模量和泊松比主要受到围压的主导，含水状态同样会对煤样的弹性模量和泊松比产生一定影响，而加载速率的变化对泊松比并未产生显著影响。煤样的峰值强度、残余强度受含水状态、加载速率和围压三者的耦合影响，随着含水率的增加，煤样的抗压强度明显下降，而围压的增加则增强了煤样的强度和刚度。在相同加载速率下，围压的提高对增强煤岩的承载能力具有积极作用。研究揭示了煤层在不同环境参数下的强度变化与变形行为，为煤矿巷道稳定性设计及安全开采提供了理论及实验参考。
关键词(KeyWords)： 侏罗系煤层;含水状态;加载速率;三轴压缩试验;力学特性
基金项目(Foundation): 新疆大学优秀研究生创新项目(XJDX2025YJS226)
作者(Author): 程佩昌,王宏志
参考文献(References)：
- [1]谢和平，吴立新，郑德志. 2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J].煤炭学报，2019, 44(7):1949-1960.
- [2]何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究[J].岩石力学与工程学报，2005, 24(16):2803-2813.
- [3]赵明恩，梁国栋，杨佳佳，等.宏观煤岩类型和煤体结构控制下的孔隙结构特征研究[J].中国煤炭地质，2024, 36(10):1-5.
- [4]潘一山.煤矿冲击地压扰动响应失稳理论及应用[J].煤炭学报，2018, 43(8):2091-2098.
- [5]张明清，张黎明，赵琼祥，等.基于压汞和N2吸附的黔西南高阶煤孔隙结构及分形特征研究[J].中国煤炭地质，2025, 37(6):1-8.
- [6]郭海军，吴海楠，于英杰，等.含瓦斯煤三轴应力加载实验设计与实践[J].实验技术与管理，2025, 42(1):231-237.
- [7]周瑞立，陈楚豪，郑军，等.真三轴应力下煤层支撑裂缝中颗粒运移实验研究[J/OL].煤炭学报，1-9[2025-08-24]. https：//doi.org/10.13225/j. cnki.jccs.2024.1616.
- [8]TAO Y, DU H, ZHANG R, et al. Experiment study on mechanical evolution characteristics of coal and rock under three-dimensional triaxial stress[J]. Applied Sciences-Basel, 2022, 12(5):2441-2445.
- [9]赵环帅，潘永泰，乔鑫，等.不同加载速率下青砂岩破裂演化规律及能量利用效率分析[J].煤田地质与勘探，2024, 52(6):69-78.
- [10]CAO A, JING G, DING Y, et al. Mining-induced static and dynamic loading rate effect on rock damage and acoustic emission characteristic under uniaxial compression[J]. Safety Science, 2019,116:86-96.
- [11]李明，茅献彪，曹丽丽，等.高应变率下煤力学特性试验研究[J].采矿与安全工程学报，2015, 32(2):317-324.
- [12]焦振华，穆朝民，王磊，等.被动围压下煤冲击压缩动态力学特性试验研究[J].振动与冲击，2021, 40(21):185-193.
- [13]GONG F, SI X, LI X, et al. Dynamic triaxial compression tests on sandstone at high strain rates and low confining pressures with split Hopkinson pressure[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2019, 113:211-219.
- [14]MA S, ZHAO W, CHEN W. Effects of axial static stress and confining pressure on the dynamic compressive behaviours of granite[J]. European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2022,25(5):7950-812.
- [15]王伟男，姚强岭，王爱文，等.循环浸水煤系砂岩微结构演变与声发射特征研究[J].采矿与安全工程学报，2026, 43(1):158-172.
- [16]马军强，李学华，张佳琦，等.煤系岩层真三轴水力压裂裂缝扩展规律研究[J].采矿与岩层控制工程学报，2025, 7(4):32-57.
- [17]刘跃东，康红普.不同应力路径下含水泥岩崩解破坏跨尺度分形规律研究[J].岩石力学与工程学报，2023, 42(S2):4162-4173.