预制孔洞缺陷煤样能量转化与引导规律研究

发布时间：2020-07-02 20:02

【摘要】：冲击地压发生的原因主要是煤岩体内不断积聚的弹性变形势能超过其承载能力而瞬时释放的结果。本文以此为基础探讨了缺陷空间对煤体内部弹性能转化影响,并探讨了缺陷空间对煤体内部能量传导方向的影响。为此,文中利用正交试验设计的方法对煤体相似材料进行了配比,并对配比结果进行了极差分析、方差分析以及回归分析,探讨了相似材料各个因素对其力学性质的影响;然后,对煤体相似材料试样进行不同孔洞缺陷的布置,并对其进行单轴加载试验,试验过程中利用声发射监测系统监测试样内部能量释放,利用数字散斑监测技术监测试样表面散斑点的位移情况,对实验结果进行整理对比分析,可以得到以下结论:(1)通过对正交试验结果进行敏感性分析发现因素C(骨料质量:胶结材料质量)对相似材料弹性模量影响最为显著,其次是对单轴抗压强度,然后是内聚力,最后是抗拉强度;因素A(煤粉质量:砂子质量)对相似材料内摩擦角的影响较为显著;而各个因素对相似材料泊松比的影响都不是十分显著。(2)煤体加载至峰值时,缺陷空间的存在降低了煤体内部弹性应变能的储存量,增加了耗散能的转化量;同时缺陷空间的存在还降低了煤体弹性应变能的瞬时转化率。含缺陷空间的煤体加载过程中弹性应变能增长速度要低于完整的煤体。完整煤体加载过程中应力峰值前AE能量跳跃点高于峰后,而含缺陷空间的煤体加载过程中,峰后AE能量跳跃点明显高于峰前;从AE累计能量释放量角度看,缺陷空间的存在使煤体应力峰前能量释放降低,峰后释放量增加,从而起到了能量缓释的作用;并且缺陷空间的存在还降低了煤体应力峰前能量的释放速度。(3)孔洞缺陷的存在对煤体裂纹扩展的方向具有明显的引导作用,当孔洞深度阶梯状增加时,裂纹扩展的方向更加明确,而当孔洞直径阶梯状增长时,裂纹扩展区域呈现出扩散的趋势。阶梯状孔洞缺陷的存在,对煤体下方输入的能量具有一定的释放作用,并且在能量传递的方向具有一定的引导作用,其方向将会向着缺陷空间增大的方向传递。同时,平行式阶梯状孔洞缺陷对煤体能量传递的方向不能起到扩散作用,但是对能量的释放效果较好;而扇形阶梯状孔洞缺陷对能量的传递具有一定的扩散作用。
【学位授予单位】：黑龙江科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD324

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本文编号：2738622