瓦斯吸附作用下煤体爆破裂隙扩展规律研究
发布时间：2021-10-27 13:32
为了探究不同瓦斯压力作用下煤体爆破裂隙扩展规律,基于含瓦斯煤体力学性质异于普通煤体的研究成果,利用LS-DYNA有限元软件,在普通煤体物理力学参数的基础上进行强度修正以确定含瓦斯煤体力学参数,对不同瓦斯压力作用下的煤体爆破裂隙扩展进行模拟,并对应力场在普通及含瓦斯煤中传播、衰减规律进行分析。结果表明:煤体粉碎区、裂隙区半径随瓦斯压力增大而增大,裂隙分布更加密集;在爆破近区,含瓦斯煤体单元峰值压力随瓦斯压力增大略微降低,在爆破中远区,单元峰值压力升高,且含瓦斯煤体中应力场衰减速度低于普通煤体,应力作用时间增长,促使煤体破碎。
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
煤体爆破力学模型
普通煤体爆破裂隙扩展如图2。炸药爆炸后，应力波以柱面波的形式向煤体深部传播。100μs时，炮孔周围煤体因动抗压强度低于爆炸冲击波压力载荷而被压碎形成爆炸空腔；400μs时，由于爆炸冲击波已经衰减为压缩应力波，其强度已不能使煤体发生压缩破坏，但其生成的拉应力大于煤体动抗拉强度导致其发生拉伸破坏，使煤体内出现与空腔相互贯通的径向裂隙；1 000μs时，裂隙进一步扩展，最终在煤体内形成交叉裂隙网。不同瓦斯压力下煤体爆破裂隙扩展如图3。图3 不同瓦斯压力下煤体爆破裂隙扩展
图2 普通煤体爆破裂隙扩展随着瓦斯压力增大，煤体的力学性质发生改变，煤体弹性模量及抗压强度降低，泊松比呈升高趋势。通过观察裂隙扩展可以发现，在700μs时，爆炸应力波刚到达模型边界，爆破径向裂隙逐渐发育。随着瓦斯压力增大，裂隙圈半径逐渐增大，瓦斯压力为2 MPa的煤体已形成次生微裂隙；1 000μs时，在拉、压应力的耦合作用下爆破主裂隙持续向煤体深部扩展，3种瓦斯压力作用下的煤体内均已出现次生微裂隙，且微裂隙发展程度随瓦斯压力依次增大；2 500μs时，爆炸过程已基本结束。由于瓦斯压力增大，煤体抗压强度降低，在冲击波衰减为应力波前受爆炸冲击波压缩破坏的煤体单元增多，使爆炸形成的粉碎区半径增大。且瓦斯压力越大，其对煤体力学性质的弱化程度越大，同时裂隙在爆破应力波及瓦斯压力作用下在尖端发生应力集中，从而促使裂隙进一步扩展，最终致使煤体中裂隙数量增多且分布密集，所得结果与文献[2]分析一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤层深孔聚能爆破有效致裂范围探讨[J]. 郭德勇,赵杰超,吕鹏飞,朱同功. 工程科学学报. 2019(05)
[2]含瓦斯煤锤击破坏HJC本构模型及数值模拟[J]. 解北京,赵泽明,徐晓萌,赵越超. 煤炭学报. 2018(10)
[3]瓦斯吸附作用下煤岩力学行为及声-电荷反演[J]. 肖晓春,王磊,吴迪,丁鑫,樊玉峰,赵宝友. 中国安全科学学报. 2018(07)
[4]不同瓦斯压力下煤岩力学性质及声发射特性研究[J]. 高保彬,吕蓬勃,郭放. 煤炭科学技术. 2018(01)
[5]含瓦斯煤体爆破损伤模型研究[J]. 褚怀保,杨小林,梁为民,余永强. 煤矿安全. 2015(11)
[6]瓦斯气体在煤体爆破损伤断裂过程中的作用机理研究[J]. 褚怀保,王金星,杨小林,余永强,梁为民. 采矿与安全工程学报. 2014(03)
[7]考虑瓦斯压力的煤体三轴抗压强度研究[J]. 孔海陵,陈占清,王路珍. 煤矿安全. 2012(07)
[8]含瓦斯煤体爆破作用机理数值模拟研究[J]. 褚怀保,杨小林,侯爱军,余永强,梁为民. 采矿与安全工程学报. 2011(04)
[9]煤体爆破损伤规律模拟试验研究[J]. 褚怀保,杨小林,梁为民,余永强,王立平. 采矿与安全工程学报. 2011(03)
[10]煤体爆破作用机理模拟试验研究[J]. 褚怀保,杨小林,梁为民,余永强. 煤炭学报. 2011(09)
博士论文
[1]含瓦斯煤冲击破坏特性及其瞬变电磁特征实验研究[D]. 徐晓萌.中国矿业大学(北京) 2017
本文编号：3461705
【文章来源】：煤矿安全. 2020,51(05)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
煤体爆破力学模型
普通煤体爆破裂隙扩展如图2。炸药爆炸后，应力波以柱面波的形式向煤体深部传播。100μs时，炮孔周围煤体因动抗压强度低于爆炸冲击波压力载荷而被压碎形成爆炸空腔；400μs时，由于爆炸冲击波已经衰减为压缩应力波，其强度已不能使煤体发生压缩破坏，但其生成的拉应力大于煤体动抗拉强度导致其发生拉伸破坏，使煤体内出现与空腔相互贯通的径向裂隙；1 000μs时，裂隙进一步扩展，最终在煤体内形成交叉裂隙网。不同瓦斯压力下煤体爆破裂隙扩展如图3。图3 不同瓦斯压力下煤体爆破裂隙扩展
图2 普通煤体爆破裂隙扩展随着瓦斯压力增大，煤体的力学性质发生改变，煤体弹性模量及抗压强度降低，泊松比呈升高趋势。通过观察裂隙扩展可以发现，在700μs时，爆炸应力波刚到达模型边界，爆破径向裂隙逐渐发育。随着瓦斯压力增大，裂隙圈半径逐渐增大，瓦斯压力为2 MPa的煤体已形成次生微裂隙；1 000μs时，在拉、压应力的耦合作用下爆破主裂隙持续向煤体深部扩展，3种瓦斯压力作用下的煤体内均已出现次生微裂隙，且微裂隙发展程度随瓦斯压力依次增大；2 500μs时，爆炸过程已基本结束。由于瓦斯压力增大，煤体抗压强度降低，在冲击波衰减为应力波前受爆炸冲击波压缩破坏的煤体单元增多，使爆炸形成的粉碎区半径增大。且瓦斯压力越大，其对煤体力学性质的弱化程度越大，同时裂隙在爆破应力波及瓦斯压力作用下在尖端发生应力集中，从而促使裂隙进一步扩展，最终致使煤体中裂隙数量增多且分布密集，所得结果与文献[2]分析一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤层深孔聚能爆破有效致裂范围探讨[J]. 郭德勇,赵杰超,吕鹏飞,朱同功. 工程科学学报. 2019(05)
[2]含瓦斯煤锤击破坏HJC本构模型及数值模拟[J]. 解北京,赵泽明,徐晓萌,赵越超. 煤炭学报. 2018(10)
[3]瓦斯吸附作用下煤岩力学行为及声-电荷反演[J]. 肖晓春,王磊,吴迪,丁鑫,樊玉峰,赵宝友. 中国安全科学学报. 2018(07)
[4]不同瓦斯压力下煤岩力学性质及声发射特性研究[J]. 高保彬,吕蓬勃,郭放. 煤炭科学技术. 2018(01)
[5]含瓦斯煤体爆破损伤模型研究[J]. 褚怀保,杨小林,梁为民,余永强. 煤矿安全. 2015(11)
[6]瓦斯气体在煤体爆破损伤断裂过程中的作用机理研究[J]. 褚怀保,王金星,杨小林,余永强,梁为民. 采矿与安全工程学报. 2014(03)
[7]考虑瓦斯压力的煤体三轴抗压强度研究[J]. 孔海陵,陈占清,王路珍. 煤矿安全. 2012(07)
[8]含瓦斯煤体爆破作用机理数值模拟研究[J]. 褚怀保,杨小林,侯爱军,余永强,梁为民. 采矿与安全工程学报. 2011(04)
[9]煤体爆破损伤规律模拟试验研究[J]. 褚怀保,杨小林,梁为民,余永强,王立平. 采矿与安全工程学报. 2011(03)
[10]煤体爆破作用机理模拟试验研究[J]. 褚怀保,杨小林,梁为民,余永强. 煤炭学报. 2011(09)
博士论文
[1]含瓦斯煤冲击破坏特性及其瞬变电磁特征实验研究[D]. 徐晓萌.中国矿业大学(北京) 2017
本文编号：3461705
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3461705.html
