摘要
高压空气冲击致裂是一种具有广泛应用前景的煤岩体致裂新方法，可应用于井下各类煤岩致裂工程。然而，高压空气冲击致裂煤岩的动态破坏特征、致裂形态等规律还不清晰，限制了高压空气冲击致裂技术的应用。针对此问题，构建了高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验平台，开展了煤岩体试块高压空气冲击致裂试验，探索了冲击气压、钻孔不耦合系数、冲击方向及应力差等关键因素对高压空气冲击煤岩动态破坏特征与破裂形态的影响规律。 1.构建了集高压空气冲击、声发射监测与气压高速监测功能一体化的真三轴试验平台，试块端面应力可达70MPa，气压可达30MPa;采用移动式腔体结构，借助导轨实现试块的移动，利用限位槽定位试块位置，实现三向应力精准加载。 2.开展了6种冲击气压(6、8、10、12、14、16MPa)下及五种钻孔不耦合系数(1、1.5、2、2.5、3)下的冲击致裂试验，结果表明:随着冲击气压的增大，压降速度增大，裂缝偏转现象消失;钻孔不耦合系数为1.5时，轴向裂缝扩展深度最大，而钻孔不耦合系数为2时，气流冲击处形成明显冲蚀孔洞，综上分析，得出最佳冲击压力为16MPa，最佳钻孔不耦合系数范围为1.5～2。 3.开展了5种冲击方向下的高压空气冲击致裂试验，根据气压曲线将致裂过程分为5个阶段，即冲击致裂、能量恢复、裂缝扩展、气压稳定和压力衰减阶段;冲击方向处孔壁会形成径向和轴向裂缝，径向裂缝发展形成冲击低洼区，轴向裂缝沿轴线扩展，并出现偏转现象;声发射信号主频频率与冲击方向呈正相关。 4.开展了5种应力差系数下的高压空气冲击致裂试验，结果表明:随着应力差系数的增大，峰值压力、压力衰减持续时间均增大，而裂缝数量、声发射信号频段则会变小;应力差系数增大，应力场对轴向裂缝偏转位置和角度的影响逐渐明显，而径向断裂面则更趋于平坦。 5.开展了原岩试块高压空气冲击致裂试验，分析了气压对原岩破裂形态的影响规律。随着气压增大，试块呈现爆裂式破坏，试块内部出现了冲击破坏孔洞;通过对声发射信号RA/AF分析，发现试块破裂以张拉破坏为主、剪切破坏为辅。 研究成果对于高压空气致裂技术在煤层增透、岩石断裂等领域的应用具有重要的指导价值。
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