结构异性煤层注水裂纹扩展机制研究

发布时间：2021-02-24 08:52

　　基于煤体结构异性特征,从微观角度数值分析注水煤体裂纹起裂、扩展及停止过程。研究结果表明:注水时煤体节理端应力集中,然后沿节理面（弱面）扩展,当剪应力小于煤面剪切强度时,裂纹停止;注水压力较大时,煤体不仅沿节理面扩展,而且还在裂纹尖端处导致煤体损伤,衍生新的裂纹路径。 

【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

煤体结构异性特征

由于煤层中层理和割理的存在，导致煤基体在各个方向的力学性能存在极大差异。从不同方向取芯进行巴西劈裂试验（抗拉强度）。其中，x方向表示平行层理沿面割理方向，y方向表示平行层理沿端割理方向，z方向表示垂直层理方向。煤样巴西劈裂破坏力-变形曲线如图2。由图2可以看出，在煤样破坏时，x方向的峰值破坏最小，y方向峰值破坏力次之，z方向峰值破坏力最大。在拉伸破坏过程中，在经过短暂的弹性变性后，煤体进入塑性变形，此阶段持续变形最长（加载力增大缓慢、变形急剧增大），这主要是因为煤体内部层理和割理存在导致煤体层面之间滑移，即煤体层理和割理面属于软弱面。特别是沿平行层理沿面割理方向，面割理面密集连续，塑性变形最大，破坏力也最小。

基于上述煤层各向抗拉强度测试及分析，在此沿x钻孔进行高压注水致裂煤层，煤层注水致裂模型示意图如图3，模型长100 mm，宽60 mm。微观模型设计层状煤体，层理和割理宽度均为0.5 mm，煤体弹性模量2 GPa，泊松比0.2；接触节理的弹性模量为0.2 GPa，泊松比0.25。图3模型左侧固定，右侧施加6 MPa侧压；将下部固定，上部施加9 MPa的地应力。采用Abaqus工程软件，建立模型，岩体裂缝数值模型如图4。为了便于分析，分别在层里面和下部断面设置了A-A′、B-B′2条路径分析煤体内部应力。

【参考文献】：
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本文编号：3049126