煤炭学报

作者：李贤忠, 郝士刚, 衡帅, 李振华, 吴涛, 杜锋,

关键词：煤−岩界面, 张拉裂缝, 跨界面扩展, 扩展行为, 破裂机制,

为深入认识张拉作用下裂缝在煤−岩界面处的复杂扩展行为及其控制机制，通过巴西劈裂试验，采用数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)、声发射监测和高速摄像机观测等手段，系统研究了张拉裂缝以不同角度逼近煤−岩界面时的时空演化特征，探讨了张拉裂缝在煤−岩界面处的跨界面扩展行为及其控制机制。结果表明：巴西劈裂时，裂缝均自煤体张拉起裂，随后近似沿加载直径扩展至煤−岩界面处时会发生转向、止裂或穿过等复杂扩展行为，且在界面附近会发生非平面扭曲；裂缝跨过煤−岩界面后，在拉应力作用下会再次转向至加载直径方向，形成弧形扩展路径。当裂缝沿煤−岩界面扩展时，一般在强度较低的煤侧，扩展形态较简单；当裂缝以锐角扩展至煤−岩界面时，会转向至界面扩展一段距离，而后再次转向至最大拉应力方向，扩展形态较复杂；当裂缝垂直扩展至煤−岩界面时，会直接穿过界面，扩展形态较简单。裂纹几何特征、扩展路径、DIC数字图像相关获得的试样表面位移场和声发射事件RA(上升时间/振幅)值和AF(平均频率)值等均表明，煤−岩组合试样巴西劈裂时发生的主要为张拉破裂，即使裂纹发生转向或转折，主要破裂机制仍是张拉破裂。研究结果对深入认识张拉裂缝在煤−岩界面处的跨界面扩展行为及其控制机制等具有重要的理论指导作用。

来源：2025年第11期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2025年第11期