煤体单轴受载损伤破坏负压效应的基础实验研究

发布时间：2020-08-12 14:48

【摘要】：为研究煤体在不同气压(含负压)环境中的强度变化特征,采用实验室试验与理论分析相结合的研究手段,构建了负压环境煤体力学实验系统,借助声发射监测技术,运用损伤力学、分形等先进理论知识,分析了气压、加载速率对煤体力学性质的影响规律,研究了负压条件下受载破裂形态特征,揭示了煤体单轴受载损伤破坏负压效应。(1)构建了负压环境煤体力学实验系统,能够开展不同气压(含负压)环境下的单轴压缩试验,并能实现应力、位移、声发射等参量的实时监测。(2)开展了4种负压环境下(0.030MPa、0.055MPa、0.070MPa、0.087MPa)的煤体单轴压缩实验,作为对比,设置了常压(0.1MPa)和3种不同瓦斯压力条件(0.2MPa、0.5MPa、1.0MPa)。实验结果表明,随着负压的增大,煤体强度呈现增大趋势,负压环境中的煤体强度明显高于常压和含瓦斯环境下。(3)开展了不同气压、不同加载速率对煤体强度影响的力学实验,设置0.001mm/s、0.005mm/s、0.01mm/s、0.05mm/s、0.1mm/s等5种加载速率,为对比研究,设置负压(0.087MPa)、常压(0.1MPa)、瓦斯(0.5MPa、1.0MPa)等4种环境。实验结果表明,随着加载速率的增加,煤体破碎程度逐渐变大,四种气压环境下煤体强度均呈对数关系降低。(4)分析了煤体单轴受载破坏过程的声发射响应特征,并利用基于“归一化”AE能量损伤演化的方法进行分析,得到了煤体受载破坏过程中的损伤演化规律。结果表明,随着气压增大,煤体损伤变量逐渐增大;随着加载速率的增大,损伤变量则先增大后减小。(5)采用分形理论中盒维数的计算方法,分析了煤体单轴受载破坏后的裂隙形态特征。结果表明,随着气压增大,裂隙分维数呈对数关系增加;随加载速率增大,裂隙分维数先增大后减小,此结果与损伤变量的变化趋势结果一致。通过开展不同气压、加载速率下煤体单轴压缩的实验,运用损伤力学、分形等学科知识开展了理论研究,初步揭示了煤体单轴受载损伤破坏负压效应规律。图[187]表[9]参[57]
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD315
【图文】：

结构图,实验系统,结构图,力学实验

2 实验系统构建与方案不同气压下的力学实验，构建了负压环境力学实验系统。系统的功能与结构，并给出了课题的实验研究方案。系统构建境煤体力学实验系统主要包括数据采集仪、力学加载系统压控制装置，其中负压控制装置还包括实验腔体、负压泵、2-1 与 2-2 所示。

结构图,实物,负压泵,负压控制

其中负压控制装置还包括实验腔体、负压泵、2-1 与 2-2 所示。图 2-1 实验系统结构图Figure 2-1 Structure diagram of the experimental system

负压控制

（1）力学加载系统力学加载系统采用 UTM4204 微机控制电子万能试验机，如图 2-2 所示。采用基于高速 DSP 平台的试验机数字闭环控制系统，具有全数字闭环控多通道采集等功能。（2）负压控制装置负压控制装置包括负压泵、实验腔体、高压气瓶、压力表等，如图 2-3 所负压泵主要控制负压，对实验腔体进行抽真空处理；高压气瓶为实验腔斯，并通过减压阀来调控瓦斯压力。

【参考文献】