液氮冻融循环作用下饱水煤样力学特性试验研究

发布时间：2021-08-28 14:02

　　液氮注入低渗煤层致裂、增透是提高瓦斯抽采率的新技术。液氮是超低温流体,与煤作用的温度应力引起煤结构损伤和力学特性改变,进而影响煤矿安全开采。为揭示液氮冻融循环作用对煤力学特性的影响,将取自于纳林河矿的原煤,制成饱水煤样,开展液氮冻融循环和力学特性试验。通过波速测试、单轴压缩试验和循环荷载试验测试液氮作用前后煤的波速、弹性模量、单轴抗压强度、泊松比、压密应变、破坏应变和疲劳寿命的变化,分析液氮冷冻和冻融循环次数对煤力学特性的影响规律。结果表明,液氮冷冻和液氮冻融循环次数对煤力学特性有很大影响。液氮冷冻后,煤样结构损伤,力学性能劣化。液氮作用1次,煤样波速、弹性模量、单轴抗压强度、破坏应变、疲劳寿命分别降低了32.9%、0.2%、29.9%、35.9%和22.7%,泊松比和压密应变分别增加了18.2%和2.1%。液氮作用3次煤样波速、弹性模量、单轴抗压强度、破坏应变、疲劳寿命分别降低了44.9%、20.8%、57.8%、44.7%和42.3%,泊松比和压密应变分别增加了59.1%和16.7%。随着液氮冻融循环次数的增加,煤样结构损伤和力学性能劣化加剧。单轴抗压强度、疲劳寿命与液氮冻融循环次... 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(10)北大核心CSCD

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【部分图文】：

PA-100电液伺服疲劳试验机

液氮冻融循环作用次数与液氮冻融作用下波速系数的关系如图3所示。随着液氮冻融循环作用次数的增加，煤样波速降低速率趋缓，这与文献[12]的结论一致，其主要原因是:液氮作用下饱水煤样内液态水相变为固态冰，体积膨胀，冻胀压力使得煤内孔隙和裂隙结构损伤，孔隙裂隙空间增大，煤样体积膨胀，波速下降。当液氮再次作用时，由于煤的体积已经膨胀，空隙空间较大，水相变冻胀压力减小，煤样结构损伤趋缓，波速降低速率也随之趋缓。图3 液氮冻融循环作用次数对波速系数的影响

液氮冻融循环作用次数对波速系数的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]水力压裂切顶卸压技术在大采高留巷中的应用研究[J]. 孙志勇,张镇,王子越,王涛,付玉凯.  煤炭科学技术. 2019(10)
[2]循环冷冲击作用下煤的渗透性变化规律试验研究[J]. 王登科,吕瑞环,彭明,魏建平,孙刘涛.  地下空间与工程学报. 2019(02)
[3]远距离煤层开采工作面布置方式卸压增透效应[J]. 肖家平,杨科,李志华,孙泽宏.  中国安全科学学报. 2019(03)
[4]钻孔注水-注液氮冷裂增透煤的数学模型研究[J]. 张春会,徐刚,于永江,李和万,王锡朝,王来贵.  煤炭科学技术. 2019(01)
[5]液氮对含水煤岩体增透作用的影响机制研究[J]. 李波,任永婕,张路路,丁智奔.  煤炭科学技术. 2018(12)
[6]超临界CO2气爆煤体致裂机理实验研究[J]. 孙可明,辛利伟,吴迪.  爆炸与冲击. 2018(02)
[7]煤层深孔聚能爆破控制孔作用机制研究[J]. 郭德勇,赵杰超,张超,朱同功.  岩石力学与工程学报. 2018(04)
[8]循环冷加载条件下受载煤样结构损伤规律[J]. 李和万,王来贵,张豪,张春会,周浩,耿岩岩.  煤炭学报. 2017(09)
[9]温度冲击作用下煤的渗透率变化规律与增透机制[J]. 魏建平,孙刘涛,王登科,李波,彭明,刘淑敏.  煤炭学报. 2017(08)
[10]冷加载作用下不同围压煤样结构损伤规律研究[J]. 李和万,王来贵,张春会,张豪,周浩,苏荣华.  应用力学学报. 2017(04)



本文编号：3368646