陳紹杰 ，李法鑫 ，尹大偉 ，張繼成

(1.山東科技大學(xué) 能源與礦業(yè)工程學(xué)院，山東 青島，266590；2.山東科技大學(xué) 礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國家重點(diǎn)實驗室培育基地，山東 青島，266590)

煤炭作為我國主體能源，未來相當(dāng)長時間內(nèi)其地位不會改變[1]。隨著煤炭資源大規(guī)模開發(fā)，淺部資源已逐漸趨向枯竭，深部開采已成為常態(tài)[2-3]。隨著煤炭資源開采深度不斷增加，沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災(zāi)害頻發(fā)，不僅嚴(yán)重威脅井下作業(yè)人員生命安全，還給煤礦企業(yè)帶來重大經(jīng)濟(jì)損失。大量研究與工程實踐表明，深部開采動力災(zāi)害大多是采動影響下“巖體-煤體”組合結(jié)構(gòu)整體破壞失穩(wěn)的結(jié)果[4-7]。因此，有必要研究“巖體-煤體”組合結(jié)構(gòu)力學(xué)行為，進(jìn)而為認(rèn)識與防控深部開采動力災(zāi)害提供理論支撐。

目前，國內(nèi)外學(xué)者主要是將“巖體-煤體”組合結(jié)構(gòu)簡化為巖-煤、煤-巖和巖-煤-巖組合體試樣，開展相關(guān)巖石力學(xué)和數(shù)值模擬試驗，并研究其力學(xué)行為[1-2,4,8-23]。在巖石力學(xué)試驗方面，YIN等[2,9-10]開展了不同巖煤高比、加載速率與巖石特性下的巖-煤組合體試樣單軸壓縮試驗，研究了組合體試樣力學(xué)特性及其漸進(jìn)破壞機(jī)制；楊科等[11]開展了高靜載和動靜載耦合作用下巖-煤-巖組合體試樣真三軸單面臨空試驗，獲得了不同應(yīng)力邊界下組合體試樣破壞形態(tài)、動力顯現(xiàn)特征與聲發(fā)射信號演變規(guī)律；楊磊等[12]開展了不同強(qiáng)度比下巖-煤組合體試樣單軸壓縮試驗，研究了組合體試樣力學(xué)響應(yīng)特征與能量分區(qū)演化規(guī)律；李成杰等[13]研究了煤-巖組合體試樣整體失穩(wěn)過程中裂紋擴(kuò)展與破壞機(jī)理，揭示了組合體試樣整體破壞過程中變形與破壞規(guī)律；宮鳳強(qiáng)等[14]開展了4種不同量級和加載速率下巖-煤組合體試樣單軸壓縮試驗，研究了加載速率對組合體試樣沖擊傾向性影響規(guī)律；宋錄生等[15]開展了單一巖、煤以及2種不同高度比下巖-煤試樣沖擊傾向性試驗，研究了不同巖石特性對結(jié)構(gòu)體試樣沖擊傾向性影響規(guī)律；左建平等[16]開展了單一巖、煤樣和巖-煤組合體試樣單軸和三軸壓縮試驗，揭示了不同應(yīng)力條件下巖、煤單體及組合體試樣破壞模式和力學(xué)行為。

在數(shù)值模擬試驗方面，YIN 等[17-20]采用PFC2D顆粒流軟件模擬了巖-煤組合體試樣單軸和雙軸壓縮試驗，研究節(jié)理、加載速率、巖石特性、巖煤高比和巖煤傾角對組合體試樣單軸和雙軸壓縮力學(xué)特性及破壞特征影響規(guī)律；付斌等[21-22]采用RFPA2D軟件模擬了巖-煤組合體試樣單軸和三軸壓縮試驗，從抗壓強(qiáng)度、彈性模量和聲發(fā)射能量角度，揭示了界面傾角和圍壓對組合體試樣力學(xué)特性與能量演化的影響規(guī)律；郭東明等[23]采用ABAQUS軟件模擬了頂板-煤層組合體試樣單軸壓縮試驗，研究了巖煤傾角對組合體試樣強(qiáng)度與破壞的影響規(guī)律。

上述研究主要集中于組合試樣強(qiáng)度、能量演化、漸進(jìn)破壞和聲發(fā)射特征等。在軸向應(yīng)力作用下，組合體試樣中巖樣、煤樣同時承載，且發(fā)生變形破壞，由于巖與煤樣力學(xué)性質(zhì)的差異，組合體試樣的變形破壞特征必然與單一巖、煤樣不同，而針對該方面的研究較少。與此同時，巖煤高度比也是影響組合體試樣變形破壞特征的重要因素之一。鑒于此，本文制備5組灰?guī)r-煤組合體試樣，結(jié)合聲發(fā)射系統(tǒng)和XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，開展組合體試樣單軸壓縮試驗，揭示不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣變形破壞特征，以期為防控深部開采動力災(zāi)害提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 試樣制備與試驗方案

1.1 試樣制備

本次試驗所需的灰?guī)r、煤樣均取自唐山煤礦。

首先，使用切割機(jī)將巖、煤塊切割成長×寬為50 mm×50 mm，高度分別為20、40、50、60 和80 mm的方柱體試樣；

然后，使用磨石機(jī)對試樣6 個端面打磨處理，要求端面光滑，對應(yīng)端面不平行度不大于0.05 mm、軸向偏差不大于0.25°[24]；

最后，按2∶8、4∶6、5∶5、6∶4 和8∶2 的巖煤高比，采用環(huán)氧樹脂AB 膠[1-2,8-16,24,26-28]將灰?guī)r、煤樣黏合成15 個邊長為50 mm 的方柱體試樣，并將其分為A、B、C、D和E組。

1.2 試驗方案

本次試驗加載與監(jiān)測系統(tǒng)主要包括島津AGX250電子萬能試驗機(jī)、MISTRAS系列PCI-2聲發(fā)射系統(tǒng)和XTDIC 三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)。試驗時采用位移加載控制，加載速率設(shè)置為0.005 mm/s，靈敏度設(shè)置為1%，即加載應(yīng)力下降達(dá)到峰值應(yīng)力的1%，試驗自動停止[8]。加載系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)和三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)同步進(jìn)行，保證三系統(tǒng)具有相同時間參數(shù)[29-31]。

2 灰?guī)r-煤組合體強(qiáng)度特征

在進(jìn)行組合體試樣單軸壓縮試驗前，首先對單一灰?guī)r、煤樣(柱體的直徑×高度為50 mm×100 mm)進(jìn)行單軸壓縮試驗。圖1所示為單一灰?guī)r、單一煤樣及不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線。由圖1可見：不同高比下，灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線線型與單一煤樣的更相似，均經(jīng)歷初始壓密階段、線彈性階段、塑性屈服階段和峰后破壞階段。因此，煤樣決定組合體試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線形態(tài)。

圖1 單一灰?guī)r、單一煤樣及不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.1 Uniaxial compressive stress-strain curves of single limestone, single coal samples and limestone-coal composite samples with different height ratios

1) 在峰前階段，巖煤高比越大，組合體試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線上升越明顯，峰值應(yīng)力越大。

2) 在峰后階段，巖煤高比越大，組合體試樣的塑性破壞越強(qiáng)。

本次試驗中，灰?guī)r彈性模量大于煤樣彈性模量，灰?guī)r泊松比小于煤樣泊松比，受界面效應(yīng)[32]影響，交界面處灰?guī)r派生應(yīng)力為拉應(yīng)力，促進(jìn)交界面處巖、煤變形，而交界面處煤樣派生應(yīng)力為壓應(yīng)力，限制交界面處巖、煤變形。煤樣距離交界面越遠(yuǎn)的位置，受到界面效應(yīng)產(chǎn)生的限制作用越弱。因此，隨著巖煤高比增大，煤樣受派生壓應(yīng)力強(qiáng)限制作用區(qū)域占比增大，組合體試樣破壞過程劇烈性減小。

表1 所示為不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮試驗結(jié)果。圖2 所示為不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮強(qiáng)度和彈性模量(E，即應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線彈性階段斜率)對比結(jié)果。

表1 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮試驗結(jié)果Table 1 Uniaxial compression test results of limestonecoal composite samples with different height ratios MPa

圖2 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮強(qiáng)度和E對比Fig.2 Comparison of uniaxial compressive strength and E of limestone-coal composite samples with different height ratios

由表1和圖2可見：與巖煤高比為2∶8的灰?guī)r-煤組合體試樣相比，巖煤高比4∶6、5∶5、6∶4和8∶2的組合體試樣單軸壓縮強(qiáng)度分別增大了23.00%、55.13%、115.59% 和177.76%，E分別增大了44.11%、108.02%、141.25% 和212.97%。因此，隨著巖煤高比增大，組合體試樣單軸壓縮強(qiáng)度和E均呈增大趨勢。不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣強(qiáng)度特征有所差異，是由灰?guī)r、煤樣之間相互作用機(jī)制導(dǎo)致的，主要體現(xiàn)在以下2個方面。

1) 組合體試樣破壞均發(fā)生在煤樣內(nèi)，煤樣高度減小導(dǎo)致煤樣承載能力提高，引起組合體試樣整體承載能力提高。

2) 組合體試樣加載過程是灰?guī)r、煤樣協(xié)同承載儲能過程，灰?guī)r、煤樣同時產(chǎn)生變形，能量儲存在灰?guī)r、煤樣中，因此，灰?guī)r高度增大導(dǎo)致其儲存的彈性能增多，耗散能減少，減小了軸向應(yīng)力對主要承載部分煤樣的損傷，引起組合體試樣整體承載能力提高。

3 灰?guī)r-煤組合體變形破壞特征

3.1 變形場演化特征

5 組不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮試驗中，每組3個試樣試驗結(jié)果基本一致，因此，每組選取其中1個試樣進(jìn)行變形場演化特征分析。圖3所示為灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征點(diǎn)選取示意圖(以A-1組合體試樣為例)。每條應(yīng)力-應(yīng)變曲線選取5 個特征點(diǎn)，以分析組合體試樣變形破壞特征。其中，A點(diǎn)對應(yīng)的軸向應(yīng)力為0 MPa，B點(diǎn)對應(yīng)的軸向應(yīng)力為峰值應(yīng)力的50%(峰值前)，C點(diǎn)對應(yīng)的軸向用力為峰值應(yīng)力的90%(峰值前)，D點(diǎn)對應(yīng)的軸向應(yīng)力為峰值應(yīng)力，E點(diǎn)對應(yīng)的軸向應(yīng)力為峰值應(yīng)力的95%(峰值后)。

圖3 A-1組合體試樣單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線特征點(diǎn)選取Fig.3 Selection of characteristic points of uniaxial compressive stress-strain curve of A-1 composite sample

圖4 所示為不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣最大主應(yīng)變場演化云圖，其中特征點(diǎn)A為數(shù)字散斑相關(guān)方法選取參考圖像對應(yīng)點(diǎn)，特征點(diǎn)B～E為數(shù)字散斑相關(guān)方法選取變形圖像對應(yīng)點(diǎn)，淺藍(lán)色橢圓圈表示原生裂紋，紫色橢圓圈表示新生裂紋或原生裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生新生裂紋，紫色箭頭表示裂紋擴(kuò)展，σ為特征點(diǎn)對應(yīng)軸向應(yīng)力。表2 所示為不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣裂紋與變形場演化特征。由圖4和表2可見：與特征點(diǎn)C對應(yīng)最大主應(yīng)變相比，A-1、B-1、C-1、D-1 和E-1 組合體試樣特征點(diǎn)D對應(yīng)最大主應(yīng)變分別增加了222%、171%、98%、375%和6%。隨著巖煤高比增大，組合體試樣最大主應(yīng)變增大率整體呈減小趨勢，D-1組合體試樣最大主應(yīng)變增大率增大可能是灰?guī)r內(nèi)宏觀裂紋發(fā)育所致。同時，在軸向應(yīng)力作用下，煤樣內(nèi)原生裂紋尖端起裂擴(kuò)展，形成宏觀張拉裂紋，變形局部化帶長度和寬度都有所增大。

表2 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣裂紋與變形場演化特征Table 2 Evolution characteristics of crack and deformation field of limestone-coal composite samples with different height ratios

圖4 不同高比下灰?guī)r-煤組合體試樣最大主應(yīng)變場演化云圖Fig.4 Evolution nephogram of the maximum principal strain field of limestone-coal composite samples with different height ratios

灰?guī)r-煤組合體試樣變形局部化帶演化與煤樣內(nèi)原生裂紋起裂、擴(kuò)展密切相關(guān)，如宏觀裂紋界面錯動與尖端起裂、擴(kuò)展，微裂紋萌生、起裂、擴(kuò)展等。變形局部化帶隨著裂紋的起裂、擴(kuò)展而發(fā)生交匯，進(jìn)而誘發(fā)煤樣破壞，最終導(dǎo)致組合體試樣整體破壞。

3.2 灰?guī)r回彈變形特征

巖、煤樣力學(xué)性質(zhì)存在差異，在軸向應(yīng)力的作用下，某一部分首先破裂(破裂體)，而另一部分產(chǎn)生回彈變形(回彈體)。本次試驗中煤樣強(qiáng)度遠(yuǎn)低于灰?guī)r強(qiáng)度，當(dāng)組合體試樣達(dá)到強(qiáng)度極限時，煤樣發(fā)生破裂，此時灰?guī)r仍處于彈性狀態(tài)，煤樣破壞導(dǎo)致灰?guī)r回彈變形，因此，煤樣是破裂體，灰?guī)r是回彈體[33-35]。為進(jìn)一步揭示灰?guī)r、煤樣之間相互作用機(jī)制，在灰?guī)r、煤樣交界面布置監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測灰?guī)r高度Hr和煤樣高度Hc的變化情況，如圖5所示。

圖5 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣監(jiān)測點(diǎn)布置Fig.5 Layout of monitoring points of limestone-coal composite samples with different height ratios

軸向應(yīng)力、Hr和Hc隨時間變化曲線如圖6 所示。由圖6 可知：不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣破壞過程中，Hr和Hc均呈整體波動遞減趨勢，其中組合體試樣Hr和Hc波動主要受灰?guī)r、煤樣原生裂紋長度和數(shù)量的影響。

圖6 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣軸向應(yīng)力、Hr和Hc隨時間變化曲線Fig.6 Time dependent curves of Axial stress, Hr and Hc of limestone-coal composite samples with different height ratios

在煤樣主破裂發(fā)生瞬間，組合體試樣應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰后出現(xiàn)較大跌落，Hr均出現(xiàn)不同程度增大，Hc也出現(xiàn)非線性減小的特征，說明煤樣破壞導(dǎo)致灰?guī)r回彈變形。其中A-2、B-2 和C-2 組合體試樣Hc出現(xiàn)“突降”現(xiàn)象，此刻灰?guī)r產(chǎn)生回彈，回彈變形量分別為0.042、0.015和0.014 mm，回彈變形率分別為0.210%、0.038%和0.028%；D-2 和E-1組合體試樣Hc出現(xiàn)“保持”現(xiàn)象，說明煤樣產(chǎn)生屈服，其變形趨于穩(wěn)定，在“保持”現(xiàn)象結(jié)束時刻灰?guī)r產(chǎn)生回彈，回彈變形量分別為0.024 mm和0.008 mm，回彈變形率分別為0.040% 和0.010%。

巖煤高比對組合體試樣灰?guī)r回彈變形產(chǎn)生影響。D-2組合體試樣灰?guī)r回彈變形量和回彈變形率較大，這與其灰?guī)r原生裂紋擴(kuò)展有關(guān)。隨著巖煤高比增大，組合體試樣灰?guī)r回彈變形量和變形率整體呈遞減趨勢。這是因為煤樣高度越小，其強(qiáng)度極限越大，組合體試樣破壞時灰?guī)r回彈克服阻力做功越大，灰?guī)r回彈變形率越小。同時，灰?guī)r回彈變形釋放部分彈性能作用于煤樣上，加劇了煤樣的破壞，而煤樣的破壞又在一定程度上增強(qiáng)了灰?guī)r回彈變形。

4 灰?guī)r-煤組合體能量演化與聲發(fā)射特征

4.1 能量演化特征

灰?guī)r-煤組合體試樣變形破壞是能量驅(qū)動的結(jié)果[36]。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，假設(shè)外力做功時組合體試樣與外界沒有熱量交換，外力對組合體試樣做功所產(chǎn)生的輸入能密度UI為彈性能密度UE和耗散能密度UD之和[37-38]。

圖7 所示為灰?guī)r-煤組合體試樣能量密度轉(zhuǎn)化關(guān)系。由圖7可得輸入能密度UI計算式。

圖7 灰?guī)r-煤組合體試樣能量密度轉(zhuǎn)化關(guān)系Fig.7 Energy density conversion relationship of limestone-coal composite samples

式中：σi為應(yīng)力-應(yīng)變曲線上任一點(diǎn)應(yīng)力，MPa；εc為峰值應(yīng)力對應(yīng)應(yīng)變。

由組合體試樣單軸壓縮加卸載試驗可知，峰值前卸載路徑與應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率基本一致[39]。因此，可由式(3)和式(4)分別獲得組合體試樣受載時耗散能密度UD與內(nèi)部儲存彈性能密度UE。

式中：σc為峰值應(yīng)力，MPa；(εc-εd)為可恢復(fù)應(yīng)變。

峰后釋放能密度UP-R為應(yīng)力-應(yīng)變曲線中從εc至εr包絡(luò)線面積，其計算式為

式中：εr為應(yīng)力-應(yīng)變曲線最大應(yīng)變。

組合體試樣發(fā)生破壞后，峰前彈性能一部分轉(zhuǎn)化為峰后釋放能，一部分轉(zhuǎn)化為剩余彈性能UR-E，剩余彈性能密度UR-E與灰?guī)r、煤樣破壞時動力顯現(xiàn)程度直接相關(guān)。剩余彈性能密度UR-E計算式為

在本次試驗中，利用式(1)～(6)可得組合體試樣加載過程中UI、UE、UD、UP-R和UR-E，各能量密度對比如圖8所示。

圖8 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣UI、UE、UD、UP-R、UR-E和UE占比對比Fig.8 Comparison of UI, UE, UD, UP-R, UR-E and UE proportion of limestone-coal composite samples with different height ratios

在灰?guī)r-煤組合體試樣加載過程中，外界能量不斷輸入，一部分能量轉(zhuǎn)化為耗散能，主要表現(xiàn)為組合體試樣內(nèi)部原生裂紋發(fā)育擴(kuò)展；另一部分轉(zhuǎn)化為彈性能，儲存在組合體試樣中。當(dāng)組合體試樣達(dá)到其強(qiáng)度極限后，儲存在組合體試樣中的彈性能一部分轉(zhuǎn)化為峰后釋放能，主要表現(xiàn)為宏觀裂紋貫通，從而導(dǎo)致組合體試樣破壞；另一部分轉(zhuǎn)化為剩余彈性能，主要表現(xiàn)為組合體試樣彈射破壞，與組合體試樣破壞時動力顯現(xiàn)程度直接相關(guān)。

由圖8可知：隨著軸向應(yīng)力不斷增加，外界能量不斷輸入。A 組組合體試樣平均UI最小，為0.023 756 J/mm3，E組組合體試樣平均UI最大，為0.098 902 J/mm3，平均UI隨著巖煤高比增大而增大。只有當(dāng)輸入能量達(dá)到組合體試樣能量儲存極限時，組合體試樣才表現(xiàn)出破壞，因此E組的組合體試樣強(qiáng)度最大，這證實了試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。A組組合體試樣平均UE最小，為0.023 415 J/mm3，E組組合體試樣平均UE最大，為0.098 762 J/mm3，平均UE隨著巖煤高比增大而增大。轉(zhuǎn)化為彈性能的能量分別儲存在灰?guī)r和煤樣中。

在峰前階段，一些外部能量被轉(zhuǎn)化為與組合體試樣內(nèi)部變形破壞相關(guān)的UD；在峰后階段，UE轉(zhuǎn)化為UP-R和UR-E。不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣能量演化特征如表3所示。

表3 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣能量演化特征Table 3 Energy evolution characteristics of limestone-coal composite samples with different height ratios

4.2 聲發(fā)射特征

選取A-1、B-2、C-3、D-1 和E-1 組合體試樣，分析其破壞過程中聲發(fā)射能量率信號與宏觀漸進(jìn)破壞特征。圖9 所示為各試樣單軸壓縮應(yīng)力-時間曲線與聲發(fā)射能量率信號特征，圖10 所示為各試樣宏觀漸進(jìn)破壞。

圖9 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣單軸壓縮應(yīng)力-時間曲線與聲發(fā)射能量率信號特征Fig.9 Uniaxial compressive stress-time curve and acoustic emission energy rate signal characteristics of limestone-coal composite samples with different height ratios

圖10 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣宏觀漸進(jìn)破壞Fig.10 Macro progressive failure of limestone-coal composite samples with different height ratios

由圖9和圖10可知：隨著軸向應(yīng)力不斷增加，組合體試樣聲發(fā)射能量率信號具有明顯階段性特征。根據(jù)聲發(fā)射能量率信號數(shù)量和峰值，將組合體試樣在單軸壓縮下漸進(jìn)破壞過程分為4 個階段，分別是波動階段(I階段)、靜寂階段(Ⅱ階段)、活躍階段(Ⅲ階段)和驟增階段(Ⅳ階段)。

表4 所示為不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣聲發(fā)射與宏觀漸進(jìn)破壞特征。隨著巖煤高比增大，組合體試樣出現(xiàn)宏觀破壞特征的時間延長，其儲存和釋放彈性能增加，煤樣內(nèi)發(fā)育、擴(kuò)展裂紋數(shù)量增加，聲發(fā)射能量率信號“突變式”波動加劇。A-1組合體試樣形成明顯的宏觀張拉裂紋，產(chǎn)生張拉破壞；E-1 組合體試樣形成拉-剪復(fù)合型裂紋，產(chǎn)生拉-剪混合破壞。組合體試樣整個裂紋的起裂、擴(kuò)展與圖6中組合體試樣變形局部化帶演化基本一致。因此，隨著煤巖高比增大，組合體試樣發(fā)生整體破壞的時間遞增，且煤樣由張拉破壞向拉-剪混合破壞轉(zhuǎn)變。

表4 不同高比灰?guī)r-煤組合體試樣聲發(fā)射與宏觀漸進(jìn)破壞特征Table 4 Acoustic emission and macro progressive failure characteristics of limestone-coal composite samples with different height ratios

5 結(jié)論

1) 隨著巖煤高比增大，組合體試樣單軸壓縮強(qiáng)度和彈性模量均呈增大趨勢，這主要受灰?guī)r、煤樣之間相互作用機(jī)制影響。組合體試樣破壞均發(fā)生在煤樣內(nèi)，隨著巖煤高比增大，煤樣受派生壓應(yīng)力強(qiáng)限制作用區(qū)域占比增大，組合體試樣破壞過程劇烈性減小，塑性破壞增強(qiáng)。

2) 變形局部化帶首先出現(xiàn)在煤樣原生裂紋區(qū)域，且隨著裂紋的起裂、擴(kuò)展而發(fā)生交匯，進(jìn)而誘發(fā)煤樣破壞。同時，煤樣破壞導(dǎo)致灰?guī)r回彈變形，隨著巖煤高比增大，灰?guī)r回彈變形量由0.042 mm 遞減至0.008 mm，回彈變形率由0.210%遞減至0.010%，回彈變形量和回彈變形率整體呈遞減趨勢。

3) 隨著巖煤高比增大，組合體試樣平均彈性能密度占比由98.56%遞增至99.86%，組合體試樣峰前將外界能量轉(zhuǎn)化為彈性能的能力增大，峰后將彈性能轉(zhuǎn)化為峰后釋放能和剩余彈性能的能力增大，破壞后宏觀裂紋增多且動力顯現(xiàn)程度增大。

4) 組合體試樣聲發(fā)射能量率信號具有明顯的時效特征，分為波動、靜寂、活躍和驟增4 個階段。隨著巖煤高比增大，組合體試樣在活躍階段聲發(fā)射能量率信號“突變式”波動加劇，在驟增階段發(fā)生整體破壞的時間增加。當(dāng)組合體試樣發(fā)生整體破壞時，聲發(fā)射能量率信號達(dá)到最大值。

5) 在同等條件下，頂板巖層厚度越大，煤層開采過程中越易發(fā)生沖擊地壓等動力災(zāi)害。在厚頂板巖層開采條件下，應(yīng)采取頂板壓裂、斷頂?shù)确绞?，減少頂板巖層彈性能的積聚，降低沖擊地壓等動力災(zāi)害發(fā)生的可能性；同時，加強(qiáng)開采過程中煤、巖體變形、應(yīng)力、物理場等監(jiān)測，防控沖擊地壓等動力災(zāi)害。