含水率影响成型煤样力学性质实验研究

发布时间：2017-07-18 03:06

  本文关键词：含水率影响成型煤样力学性质实验研究

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【摘要】：本文以郑煤集团白坪矿11211工作面“三软”煤层原煤制备的不同含水率成型煤样为研究对象,运用理论分析、实验研究及现场实验相结合的方法,研究了不同含水率成型煤样全应力 应变的规律、含水率影响成型煤样细观结构特征的规律,结合原煤及成型煤样细观结构特征,分析试件在三向应力作用下试件内部颗粒运移规律,最后通过现场实验验证煤层合理的注水率,有利于提高煤体粘聚力,减少煤壁片帮。本文所开展的研究内容及得出的结论主要有下面几个方面:(1)研制并加工了制备成型煤样的模具,通过理论分析、实验室实验并结合前人制备成型煤样的经验,分析总结出制备不同含水率成型煤样的成型压力、成型时间、脱模速度。(2)采用MTS815.2对制备的不同含水率的成型煤样进行单三轴全应力 应变实验,研究不同含水率成型煤样从加载到破坏全过程应力 应变曲线变化规律,表明随着含水率的增大,峰后曲线由塑性软化逐渐向塑性强化转变;充分考虑型煤水分及围压的影响,分析不同含水率条件下峰值强度与围压值,拟合出围压与峰值强度的线性关系,进而求出不同含水率型煤的内摩擦角及内聚力,拟合出含水率与内摩擦角及内聚力的关系曲线,结合接触力学和液桥理论解释合理水分增加粉煤颗粒黏聚力的原因。(3)对比研究原煤试样及型煤试样不同放大倍数的细观结构,得出试件细观结构模型;结合MTS815.2数据采集规则,放大全应力 应变曲线,发现随着曲线放大倍数的增加,曲线由平滑曲线逐渐向折现转变;结合全应力 应变曲线及细观结构特征,并基于颗粒力学理论分析成型煤样在受载过程中内部细观颗粒的运移转动规律,进而解释全应力应变曲线建立宏观力学与细观力学的关系。(4)在郑煤集团白坪煤矿11211工作面进行上下顺槽煤层深孔注水,现场研究表明内聚力提高29.69%,内摩擦角降低28.5%,煤壁片帮由工作面49.5%-69%范围片帮减少到8%~31%范围片帮,片帮深度由290mm~610mm减少到85mm~280mm。
【关键词】：成型煤样 含水率 粘聚力 内摩擦角 片帮 细观结构
【学位授予单位】：华北科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD713
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-17
• 变量注释表17-18
• 1 绪论18-26
• 1.1 论文研究背景及意义18
• 1.2 国内外研究现状综述18-23
• 1.2.1 成型煤样制备方法及影响因素研究现状18-20
• 1.2.2 不同含水率煤样宏观力学特性研究现状20-21
• 1.2.3 不同含水率煤样微细观力学特性研究现状21-23
• 1.3 论文研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题23-24
• 1.3.1 研究目标23
• 1.3.2 主要研究内容23-24
• 1.3.3 关键问题及创新点24
• 1.4 论文研究方法、技术路线及方案24-26
• 2 不同含水率成型煤样制备26-37
• 2.1 引言26-27
• 2.2 原煤试样基础参数27-30
• 2.2.1 原煤的工业成分分析27
• 2.2.2 水对煤的接触角27-28
• 2.2.3 临界孔隙尺度的确定28-29
• 2.2.4 煤的孔隙大小测定29-30
• 2.3 不同含水率成型煤样制备30-36
• 2.3.1 粉煤成型压力的确定30-31
• 2.3.2 实验系统及仪器设备31-33
• 2.3.3 实验方案33-36
• 2.4 本章小结36-37
• 3 不同含水率成型煤样宏观力学实验与分析37-52
• 3.1 引言37
• 3.2 实验系统及实验方案37-39
• 3.2.1 实验系统37-38
• 3.2.2 实验方案38-39
• 3.3 不同含水率成型煤样全应力-应变实验39-43
• 3.3.1 实验结果分析41-42
• 3.3.2 不同围压条件下峰值应力变化关系42-43
• 3.4 含水成型煤样强度特征43-48
• 3.4.1 不同含水率成型煤样峰值应力与围压的拟合分析43-46
• 3.4.2 含水率对成型煤样内聚力及内摩擦角的影响46-48
• 3.5 含水率 8%的峰值强度与变形指标关系48-51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 不同含水率成型煤样细观力学实验与分析52-65
• 4.1 引言52
• 4.2 实验系统及实验方案52-53
• 4.2.1 实验系统52-53
• 4.2.2 实验方案53
• 4.3 成型煤样细观结构实验结果与分析53-54
• 4.4 成型煤样细观结构模型54-55
• 4.5 含水率对成型煤样细观力学的影响55-61
• 4.5.1 液桥-颗粒接触模型55-58
• 4.5.2 粒径、表面间距及嵌入角与液桥力的关系58-61
• 4.6 成型煤样宏观力学与细观力学关系研究61-64
• 4.7 本章小结64-65
• 5 不同含水率煤体现场考察及验证65-74
• 5.1 实验矿井概况65
• 5.2 煤层注水方案设计与实施65-68
• 5.2.1 注水钻孔布置方式65-66
• 5.2.2 钻孔参数66
• 5.2.3 煤层注水66-68
• 5.3 煤层注水前后煤层内聚力和内摩擦角的测定68-71
• 5.3.1 含水煤的抗剪强度68-69
• 5.3.2 含水煤体内聚力及内摩擦角测定方法69-71
• 5.4 煤层注水前后工作面防片帮效果考察71-72
• 5.5 本章小结72-74
• 6 结论及展望74-77
• 6.1 主要结论74-75
• 6.2 展望75-77
• 主要参考文献77-80
• 作者简历80-82
• 学位论文数据集82

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本文编号：555738