含水煤样静动断裂力学特性及机理实验研究

发布时间：2022-01-26 06:57

　　水是影响煤矿安全、高效生产最活跃的因素之一,它对煤炭开采具有双重力学作用。一方面,煤层注水是厚煤层开采、防治冲击地压和煤与瓦斯突出、降低粉尘等的重要工业性措施;另一方面地下水渗透会造成顶板大面积垮落、矿井突水等灾害。此外,水也会导致构造软化易诱发矿震等动力灾害。因此,深入研究含水煤的力学特性及其变化规律对于防止矿井灾害事故的发生和指导优化注水或水力压裂参数都具有重要的理论和实际价值。目前很少涉及含水煤体的断裂力学行为的研究。为此,本文以“含水煤样+静/动载荷”失稳断裂为工程背景与研究主题,综合运用理论分析、室内试验和数值模拟等手段,研究含水率为0、1.8%和3.6%煤体的单轴和常规三轴压缩、巴西劈裂下的力学特征,复合断裂静力学特性、及水对煤样动态断裂韧度及裂纹扩展速度的影响,最后探讨了煤饱水后的微细观结构对宏观力学性能的影响机制,研究结果将为含水煤体失稳断裂机制、动力灾害防治等提供理论基础和技术参考。主要结论如下:（1）基于RMT-150C试验系统,开展单轴压缩和常规三轴压缩试验,研究含水率对煤样拉伸和压缩力学性能的影响。获得了含水率与煤样抗拉强度、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系表达... 

【文章来源】：辽宁工程技术大学辽宁省

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

矿山岩体不同尺度结构面及动力扰动示意图[6]

辽宁工程技术大学博士学位论文5高于阈值时,煤的力学性能对应变率的有明显的敏感性图1.3归一化的岩石压缩强度与应变率的关系[14]Figure1.3Relationbetweenthestrainrateandnormalizedcompressivestrength[14]1.2.2含水煤岩的动静力学性质研究现状煤体的力学性质不仅与应力环境影响相关,而且与其赋存环境有着密切的联系地下水作为赋存环境因素之一,会对煤体产生软化溶蚀和水楔作用[33],影响煤体的力学性质,威胁工程的稳定性此外,煤炭开采过程中许多人为的水力措施[9-11](如煤层注水水力冲孔)的使用,也会影响煤体的变形和破坏因此,对水对煤体力学特征的影响机制,成为了国内外学者研究的热点下面从静载和动载两个方面介绍含水煤体力学性质的研究现状在静载荷作用方面:来兴平等[34]研究单轴压缩情况下不同含水煤体的力学特性能量释放规律破坏模式,并基于能量贡献率与振铃计数贡献率共同准则拾取关键孕灾声发射信,发现水能够明显弱化煤的峰值强度峰值应变弹性模量和破坏模式Liu等[35]采用立方体煤试样研究完整煤和压裂煤的渗透率演化规律,分析煤的几何形状,吸水率和应力条件对煤渗透率的影响,研究发现压裂煤的渗透率各向异性比完整煤更明显,煤中水的存在会降低渗透率达一个数量级Yao等[36]研究不同含水煤的强度特征,发现含水率与峰值应变成正关系,与峰值强度成负相关,并推导出了反应含水率的本构损伤模型苏承东等[37]采用千秋煤矿2#煤层,进行自然和饱水7~28d,研究饱水时间对煤体的力学性质与冲击倾向性指标的影响,发现饱水后煤样的冲击倾向性出现大幅度下降,中等冲击倾向性转变为弱冲击倾向性,并对千秋煤矿煤层注水时间和距离给出了具体的数值潘俊锋等[38]研究了不同浸水时间与煤体冲击倾向性能的相互关系,发现浸水时间对煤样冲击倾向性的

干燥砂岩下应变率敏感性的差异 袁璞和马瑞秋[44]研究了四种含水煤矿砂岩的动态力学特征,发现裂纹动态扩展阻力与砂岩试件含水率密切相关,含水率越大,其扩展能力越大,砂岩动态单轴抗压强度随试件含水率呈幂函数增长 王文等[45]基于改进后的 SHPB 试验装置,研究饱水 0~7 天煤样的冲击试验,分析含水煤体在不同轴压和动载荷下的能量耗散规律,以及破坏特征 此后,他又通过蒙纳什大学的真三轴动静组合霍普金森压杆系统(如图 1.4)对自然和饱水 7 d 的 52×52×52 mm立方体煤样进行分组试验[46],探讨了中间主应力变化及煤样含水状态对其动态强度的影响特征,发现表明煤样的破坏过程在相同动载冲击作用下表现出应力约束依赖性

【参考文献】：
期刊论文
[1]显微工业CT的受载煤样裂隙动态演化特征与分形规律研究[J]. 王登科,曾凡超,王建国,魏建平,蒋志刚,王小兵,张平,于充.  岩石力学与工程学报. 2020(06)
[2]含水承载煤岩损伤演化过程能量释放规律及关键孕灾声发射信号拾取[J]. 来兴平,张帅,崔峰,王泽阳,许慧聪,方贤威.  岩石力学与工程学报. 2020(03)
[3]不同煤级煤液相侵入效应低场核磁共振实验研究[J]. 刘谦,黄建滨,倪冠华,郭玉森,仲涛.  煤炭学报. 2020(03)
[4]煤炭开采与岩层控制的空间尺度分析[J]. 康红普.  采矿与岩层控制工程学报. 2020(02)
[5]循环加卸载损伤大理岩的动力学特性[J]. 蔚立元,朱子涵,孟庆彬,靖洪文,苏海健,何明.  爆炸与冲击. 2019(08)
[6]韩家洼煤矿煤层防治水评价与措施研究[J]. 房小夏.  煤矿现代化. 2019(05)
[7]冲击载荷下三轴煤体动力学分析及损伤本构方程[J]. 王恩元,孔祥国,何学秋,冯俊军,鞠云强,李金铎.  煤炭学报. 2019(07)
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[9]忻州窑烟煤Ⅰ型和Ⅱ型断裂特性的半圆弯曲试验对比研究[J]. 赵毅鑫,孙荘,刘斌.  岩石力学与工程学报. 2019(08)
[10]韩家洼矿近距离煤层巷道支护技术研究[J]. 张雨.  能源技术与管理. 2019(03)

博士论文
[1]水岩作用下岩石损伤演化规律基础试验研究[D]. 孟祥喜.山东科技大学 2018
[2]液氮循环致裂煤体孔隙结构演化特征及增透机制研究[D]. 秦雷.中国矿业大学 2018
[3]冲击载荷作用下煤的动态拉伸及Ⅰ型断裂力学特性研究[D]. 龚爽.中国矿业大学(北京) 2018
[4]岩石动静组合加载实验与力学特性研究[D]. 周子龙.中南大学 2007



本文编号：3610036