煤炭学报

作者：王恩元, 张力, 王笑然, 刘晓斐, 李楠,

关键词：矩张量, 震源机制, 联合迭代反演, 应力分布, 应力旋转,

精准监测与定量反演煤岩裂隙形态及应力场分布特征，是揭示冲击地压演化过程及致灾机理的科学基础，更是解决深地工程动力灾变演化问题的重要手段。以位移不连续理论为基础建立不同破裂类型的裂隙震源模型，通过修正Bott假设，提出适用于张剪裂隙类型的应力反演模型，并融合格里菲斯与摩尔−库仑准则构建复合破裂判据，实现真实裂隙面的有效识别，并以震源机制参数及应力场参数的最优适配为目标，进一步提出裂隙震源与应力联合迭代反演方法，并开展了实验室尺度的煤岩破坏监测反演的实践应用。结果表明：偏移角α可有效区分张拉、剪切及压缩等破坏类型，提出基于张剪复合失效准则的裂隙面与应力迭代求解方法，有效选取真实裂隙面提高应力反演精度，建立裂隙震源与应力的联合交替迭代模型，可有效减少理论滑移方向与真实滑移方向的偏差。在煤岩三点弯曲试验过程中，偏移角α主要处于0°～20°，表明破裂微裂纹主要为张剪复合类型，利用应力反演模型求得最大主应力σ1为拉应力，中间主应力σ2和最小主应力σ3为压应力，应力形状比平均值为0.87，表明σ1占主导作用，σ2和σ3几乎相等，符合三点弯曲试样的受力状态，应力分布影响了试样裂纹运动方向主要为沿X轴方向的张拉分离，并促进了裂纹取向为沿Y轴方向的发育扩展。另外，应力旋转作用导致裂纹面取向在Y轴方向的分量被减小，裂纹运动方向与X轴方向的夹角增大，而这一改变随着应力旋转角度的增大得到加强。利用裂隙震源与应力联合迭代反演方法对应力反演过程进行优化，理论滑移方向与真实滑移方向之间的平均滑移偏差角依次降低了33.91%、79.86%和94.12%。将提出的张剪震源应力反演方法与VAVRYČUK方法进行对比，应力的形状比噪声误差率最大降低了6.49%，三向应力反演精度平均提升了15%～40%，研究成果可为煤岩体动力灾变演化研究提供一种科学方法，为深地工程冲击地压孕育机制解析与灾害预警提供新的理论支撑。

来源：2026年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2026年第1期