瓦斯煤岩动静组合加载平台

随着浅部资源逐渐枯竭，我国煤炭开采正向深部推进。深部开采环境具有“三高一扰动”（高应力、高温、高瓦斯和强扰动）的显著特征，导致煤岩体的力学响应更加复杂多样，不同于浅部岩石的单一静载或动载加载状态，深部煤岩体常处于高应力条件，并伴随采场顶板断裂、爆破等工程活动引发的动载冲击作用，表现出独特的动静组合力学特性，这种特性不仅加剧了深部动力灾害（如冲击地压、煤与瓦斯突出等）的孕育与发展，还对煤矿安全开采和资源高效利用构成重大挑战。尤其是在瓦斯煤岩体中，高瓦斯含量使其在冲击荷载与静压力的共同作用下呈现出更为复杂的力学行为。这种复杂性直接影响瓦斯煤岩体的动态强度、破坏模式及能量耗散过程。同时，瓦斯爆炸作为煤矿中的重大安全隐患，进一步放大了煤岩体动力学响应的复杂性。然而，现有理论模型难以全面反映这些行为特性，传统研究方法也难以模拟极端环境下的瓦斯煤岩体响应，无法为瓦斯爆炸的预防与风险评估提供科学依据。这些问题凸显了针对深部复杂地质力学环境的煤岩体动力学研究的紧迫性与必要性。为破解上述难题，安徽理工大学搭建了瓦斯煤岩动静组合加载系统。

该系统可模拟煤岩体在动态压缩和拉伸过程中的应力-应变响应，揭示其在不同应变率下的变形特征和力学行为，帮助研究人员深入了解煤岩体在各种加载条件下的力学性能。在冲击加载过程中，系统能够分析煤岩体的能量转化、吸收与耗散情况。通过对煤岩体的能量行为进行研究，为煤岩体的破坏模式提供理论依据，推动煤矿开采的安全技术发展。该系统可研究不同冲击波形（如矩形波、半正弦波等）对煤岩体力学行为的影响，特别是在瓦斯环境下的响应差异。通过对不同波形的模拟，深入探讨不同冲击形式对瓦斯煤岩体破坏的潜在影响。系统能够模拟应力波在煤岩体中的传播过程，研究波速、波形变化及其与煤岩体破坏之间的关系。通过应力波的传播特性分析，揭示煤岩体的破坏机制和能量传递路径，为瓦斯爆炸事故的预防提供理论支持。

应用服务领域：

l 动态压缩与拉伸特性：研究煤岩体在动态压缩、拉伸过程中的应力-应变响应，揭示其在不同应变率下的变形特征和力学行为。

l 能量耗散与破坏模式：分析在冲击加载过程中煤岩体的能量转化、吸收与耗散情况，为煤岩体破坏模式的研究提供理论依据。

l 冲击加载波形影响：研究不同冲击波形（如矩形波、半正弦波等）对煤岩体力学行为的影响，特别是在瓦斯环境下的响应差异。

l 应力波传播特性：对应力波在煤岩体中的传播过程进行研究，探讨波速、波形变化与煤岩体破坏之间的关系。

图1 瓦斯煤岩动静组合加载系统

思政元素：

近年来，全球矿业正在逐渐进入高科技发展与保护生态环境共赢的全新发展阶段。矿业是为人类社会经济发展提供物质基础的产业，属于社会最基础、不可或缺的产业之一，矿业资源是经济社会发展的重要基础产业，矿产资源勘查开发事关国计民生和国家安全。因此，当前矿产资源的开发要以安全和绿色为主要目标。该平台通过破解煤岩动力灾害机理，既直接服务于煤矿安全生产，又从根本上保障了煤炭这一主体能源的供应安全，同时推动绿色开采与技术自主化，为我国能源安全战略提供了坚实的科技支撑与产业基础。