不同加载速率下煤样破坏力学特性及损伤规律研究

发布时间：2020-04-17 18:18

【摘要】：近些年,随着我国煤矿开采深度的增加及工作面推进速度的加快,导致了煤壁片帮、冲击地压等灾害的加重,因此,探讨不同加载速率下煤样力学性质及内部破坏规律影响,为预防和治理深部煤岩瓦斯复合动力灾害提供了新思路。本文从细观角度对屯留煤矿煤样孔裂隙等参量进行分析,采用RMT-150C型岩石力学实验系统,利用DS-5型全信息声发射信号分析仪,分析其在不同加载速率条件下力学性质和声发射特征,且对声发射的计数、累计计数、能量、累计能量、煤样的破坏时间等在不加载速率下的演化规律进行了对比分析;其次,结合RFPA~(2D)模拟软件对不同加载速率下煤样破坏过程、声发射特征、力学参数进行模拟,最后运用损伤理论对煤样破坏过程损伤规律进行研究,提出了基于煤样损伤的应力-应变本构模型,并进行对加载速度与工作面推进速率的转化。本文主要结果如下:(1)实验结果:屯留煤矿的煤样变质程度高,孔裂隙发育较差,孔径较小,孔隙裂隙连通性比较差;随着加载速率的提高(0.0002mm/s~0.2mm/s),煤样的平均抗压强度和弹性模量、发射计数及能量均出现升高趋势,而泊松比却没有显著的规律的变化,其抗压强度增加142.42%,弹性模量增加216.87%,声发射计数及能量分别增加250.97%,109.48%;但煤样的声发射累计计数及声发射累计能量随着加载速率的提高却出现降低的趋势,此外,煤样产生明显声发射(声发射计数100次)的时间将明显提前。(2)数值模拟结果:随着加载速率从0.0002mm/s增加到0.2mm/s时,煤样的受载破坏过程中的声发射峰值计数、峰值能量、平均抗压强度及弹性模型均出现了增大趋势,且煤样破坏、初始声发射信号时间也不断的提前,脆性增强,但发射累计计数、声发射累计能量却呈降低趋势,这与实验结果一致。(3)模型构建煤样受载破坏过程中其损伤分为了3个阶段:损伤初始段、损伤稳定发展段、损伤加速演化段,但损伤稳定发展阶段是加载速率对损伤过程影响的重要体现;将现场尺度下的率效应研究对象确定为工作面推进速度,并基于变分原理和应变等效,得到了现场尺度下工作面推进速度和试验室尺度下加载速率间的转换公式。
【图文】：

工作面开采速度与冲击矿压关系图

煤体结构示意图
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD313

【参考文献】

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本文编号：2631156