高应力下复合煤岩的静态和动态力学性能及破坏特征
发布时间：2021-11-28 07:32
瓦斯爆炸与煤岩动力灾害造成的巷道围岩失稳破坏,是井下救援工作开展所面临的障碍。巷道围岩是由煤层与顶底板岩层组合而成的煤岩复合结构,以往对这种复合结构在动载荷作用下的损伤失稳机制缺少深入研究。本文利用MTS伺服压力机和霍普金森压杆系统（SHPB）,研究了复合煤岩体的力学性能和破坏特征,考虑了组合类型、煤岩比例和角度的结构影响,同时研究了冲击速度、围压以及冲击方向的外在影响,主要研究发现如下:（1）煤相较于岩石,其静态应力-应变曲线有明显的持续时间较长的压密阶段,就破坏而言,煤主要为压剪破坏,岩石则呈劈裂破坏。不同于静态应力-应变曲线,复合煤岩的动态应力-应变曲线没有明显的压密阶段,同时卸载后出现应变回弹现象。（2）复合煤岩的静态抗压强度在数值上约等于其组成煤、岩强度的均值,煤所占比例越大,则压密阶段越长,抗压强度、弹性模量和屈服应变越小;当煤、岩强度相差较大时,组合交界面两侧岩石破坏程度相差较大,表现为煤的破碎程度大于岩石的。此外,当煤岩结合角度小于45°时,复合煤岩破坏形式为轴向劈裂破坏,结合角度为45°时,剪切与劈裂破坏并存,而结合角度为60°和90°时,破坏形式主要为沿交界面的剪切...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MTS伺服压力机Figure2-1MTSservopress
2复合煤岩的静态力学性能及破坏特征9图2-2复合煤岩试样示意图Figure2-2Schematicdiagramofcombinedcoalandrocksamples对于静载荷加载破坏，复合煤岩的力学性能作如下假设：（1）岩石与煤样界面存在粘结力，复合煤岩试样在载荷作用下变形后，相邻岩体与煤岩的界面不发生相对滑移。（2）各岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度和最终破坏程度各不相同。（3）忽略煤岩界面粘结物质的宽度，认为煤岩复合体的组分直接粘结在一起[54]。基于上述三点假设，对于复合煤岩试样抗压性能进行研究，许多研究学者采用黏合剂粘合煤岩界面[50]，以保证试样在测试过程中试样的完整性，防止滑移及不平整接触造成的实验误差。以往研究中，煤岩结合体试样制作中使用的粘接剂种类较多，如强力胶[55]、乳胶粘接剂[56,57]、强力粘接剂[58]、502粘接剂[16]、AB粘接剂[59]等。本次试验采用不饱和聚酯树脂的云石胶，此胶多用于粘结石材及修补裂缝，在硬度、韧性、耐候、耐腐蚀等方面较为突出，粘接效果较好。图2-3为粘合后的复合煤岩试样及与拼接用的煤、岩试样示意图，其中拼接指不用粘合剂、直接将两块试样垂直堆叠在一起。在进行静态实验之前，为进一步验证云石胶黏合剂粘合试样与拼接试样的准静态力学特性的相似性，同时验证云石胶的粘接不会对复合煤岩试样的静态力学性质产生显著的影响，在加载速率为0.3kN/s的条件下进行单轴压缩试验，每组试验重复三次，实验结果见表2-1和图2-4。图2-3粘合与拼接复合煤岩试样示意图Figure2-3Schematicdiagramofbondedandsplicedcombinedcoalandrock
2复合煤岩的静态力学性能及破坏特征9图2-2复合煤岩试样示意图Figure2-2Schematicdiagramofcombinedcoalandrocksamples对于静载荷加载破坏，复合煤岩的力学性能作如下假设：（1）岩石与煤样界面存在粘结力，复合煤岩试样在载荷作用下变形后，相邻岩体与煤岩的界面不发生相对滑移。（2）各岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度和最终破坏程度各不相同。（3）忽略煤岩界面粘结物质的宽度，认为煤岩复合体的组分直接粘结在一起[54]。基于上述三点假设，对于复合煤岩试样抗压性能进行研究，许多研究学者采用黏合剂粘合煤岩界面[50]，以保证试样在测试过程中试样的完整性，防止滑移及不平整接触造成的实验误差。以往研究中，煤岩结合体试样制作中使用的粘接剂种类较多，如强力胶[55]、乳胶粘接剂[56,57]、强力粘接剂[58]、502粘接剂[16]、AB粘接剂[59]等。本次试验采用不饱和聚酯树脂的云石胶，此胶多用于粘结石材及修补裂缝，在硬度、韧性、耐候、耐腐蚀等方面较为突出，粘接效果较好。图2-3为粘合后的复合煤岩试样及与拼接用的煤、岩试样示意图，其中拼接指不用粘合剂、直接将两块试样垂直堆叠在一起。在进行静态实验之前，为进一步验证云石胶黏合剂粘合试样与拼接试样的准静态力学特性的相似性，同时验证云石胶的粘接不会对复合煤岩试样的静态力学性质产生显著的影响，在加载速率为0.3kN/s的条件下进行单轴压缩试验，每组试验重复三次，实验结果见表2-1和图2-4。图2-3粘合与拼接复合煤岩试样示意图Figure2-3Schematicdiagramofbondedandsplicedcombinedcoalandrock
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J]. 潘一山. 煤炭学报. 2016(01)
[2]倾斜薄煤层切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术研究[J]. 何江,窦林名,巩思园,毛卫民,王桂峰. 煤炭学报. 2015(06)
[3]一维动静加载下组合煤岩动态破坏特性的试验分析[J]. 刘少虹,秦子晗,娄金福. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[4]动静加载下组合煤岩的应力波传播机制与能量耗散[J]. 刘少虹,毛德兵,齐庆新,李凤明. 煤炭学报. 2014(S1)
[5]爆破开挖扰动作用下深埋隧洞的微震分布规律[J]. 赵周能,冯夏庭,焦凯,陈天宇. 东北大学学报(自然科学版). 2013(08)
[6]不同倾角贯穿节理类岩石试件峰后变形破坏试验研究[J]. 李树忱,汪雷,李术才,韩建新. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[7]高地应力硬岩矿山诱导致裂非爆连续开采初探——以开阳磷矿为例[J]. 李夕兵,姚金蕊,杜坤. 岩石力学与工程学报. 2013(06)
[8]两体岩石结构冲击失稳破坏的数值模拟[J]. 邓绪彪,胡海娟,徐刚,李晓婷,陈凤英. 采矿与安全工程学报. 2012(06)
[9]不同倾角组合煤岩体的强度与破坏机制研究[J]. 郭东明,左建平,张毅,杨仁树. 岩土力学. 2011(05)
[10]深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究[J]. 左建平,谢和平,吴爱民,刘建锋. 岩石力学与工程学报. 2011(01)
博士论文
[1]动载冲击地压机理分析与防治实践[D]. 刘少虹.煤炭科学研究总院 2014
本文编号：3523988
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MTS伺服压力机Figure2-1MTSservopress
2复合煤岩的静态力学性能及破坏特征9图2-2复合煤岩试样示意图Figure2-2Schematicdiagramofcombinedcoalandrocksamples对于静载荷加载破坏，复合煤岩的力学性能作如下假设：（1）岩石与煤样界面存在粘结力，复合煤岩试样在载荷作用下变形后，相邻岩体与煤岩的界面不发生相对滑移。（2）各岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度和最终破坏程度各不相同。（3）忽略煤岩界面粘结物质的宽度，认为煤岩复合体的组分直接粘结在一起[54]。基于上述三点假设，对于复合煤岩试样抗压性能进行研究，许多研究学者采用黏合剂粘合煤岩界面[50]，以保证试样在测试过程中试样的完整性，防止滑移及不平整接触造成的实验误差。以往研究中，煤岩结合体试样制作中使用的粘接剂种类较多，如强力胶[55]、乳胶粘接剂[56,57]、强力粘接剂[58]、502粘接剂[16]、AB粘接剂[59]等。本次试验采用不饱和聚酯树脂的云石胶，此胶多用于粘结石材及修补裂缝，在硬度、韧性、耐候、耐腐蚀等方面较为突出，粘接效果较好。图2-3为粘合后的复合煤岩试样及与拼接用的煤、岩试样示意图，其中拼接指不用粘合剂、直接将两块试样垂直堆叠在一起。在进行静态实验之前，为进一步验证云石胶黏合剂粘合试样与拼接试样的准静态力学特性的相似性，同时验证云石胶的粘接不会对复合煤岩试样的静态力学性质产生显著的影响，在加载速率为0.3kN/s的条件下进行单轴压缩试验，每组试验重复三次，实验结果见表2-1和图2-4。图2-3粘合与拼接复合煤岩试样示意图Figure2-3Schematicdiagramofbondedandsplicedcombinedcoalandrock
2复合煤岩的静态力学性能及破坏特征9图2-2复合煤岩试样示意图Figure2-2Schematicdiagramofcombinedcoalandrocksamples对于静载荷加载破坏，复合煤岩的力学性能作如下假设：（1）岩石与煤样界面存在粘结力，复合煤岩试样在载荷作用下变形后，相邻岩体与煤岩的界面不发生相对滑移。（2）各岩石的弹性模量、泊松比、抗压强度和最终破坏程度各不相同。（3）忽略煤岩界面粘结物质的宽度，认为煤岩复合体的组分直接粘结在一起[54]。基于上述三点假设，对于复合煤岩试样抗压性能进行研究，许多研究学者采用黏合剂粘合煤岩界面[50]，以保证试样在测试过程中试样的完整性，防止滑移及不平整接触造成的实验误差。以往研究中，煤岩结合体试样制作中使用的粘接剂种类较多，如强力胶[55]、乳胶粘接剂[56,57]、强力粘接剂[58]、502粘接剂[16]、AB粘接剂[59]等。本次试验采用不饱和聚酯树脂的云石胶，此胶多用于粘结石材及修补裂缝，在硬度、韧性、耐候、耐腐蚀等方面较为突出，粘接效果较好。图2-3为粘合后的复合煤岩试样及与拼接用的煤、岩试样示意图，其中拼接指不用粘合剂、直接将两块试样垂直堆叠在一起。在进行静态实验之前，为进一步验证云石胶黏合剂粘合试样与拼接试样的准静态力学特性的相似性，同时验证云石胶的粘接不会对复合煤岩试样的静态力学性质产生显著的影响，在加载速率为0.3kN/s的条件下进行单轴压缩试验，每组试验重复三次，实验结果见表2-1和图2-4。图2-3粘合与拼接复合煤岩试样示意图Figure2-3Schematicdiagramofbondedandsplicedcombinedcoalandrock
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J]. 潘一山. 煤炭学报. 2016(01)
[2]倾斜薄煤层切顶巷预裂顶板防治冲击矿压技术研究[J]. 何江,窦林名,巩思园,毛卫民,王桂峰. 煤炭学报. 2015(06)
[3]一维动静加载下组合煤岩动态破坏特性的试验分析[J]. 刘少虹,秦子晗,娄金福. 岩石力学与工程学报. 2014(10)
[4]动静加载下组合煤岩的应力波传播机制与能量耗散[J]. 刘少虹,毛德兵,齐庆新,李凤明. 煤炭学报. 2014(S1)
[5]爆破开挖扰动作用下深埋隧洞的微震分布规律[J]. 赵周能,冯夏庭,焦凯,陈天宇. 东北大学学报(自然科学版). 2013(08)
[6]不同倾角贯穿节理类岩石试件峰后变形破坏试验研究[J]. 李树忱,汪雷,李术才,韩建新. 岩石力学与工程学报. 2013(S2)
[7]高地应力硬岩矿山诱导致裂非爆连续开采初探——以开阳磷矿为例[J]. 李夕兵,姚金蕊,杜坤. 岩石力学与工程学报. 2013(06)
[8]两体岩石结构冲击失稳破坏的数值模拟[J]. 邓绪彪,胡海娟,徐刚,李晓婷,陈凤英. 采矿与安全工程学报. 2012(06)
[9]不同倾角组合煤岩体的强度与破坏机制研究[J]. 郭东明,左建平,张毅,杨仁树. 岩土力学. 2011(05)
[10]深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究[J]. 左建平,谢和平,吴爱民,刘建锋. 岩石力学与工程学报. 2011(01)
博士论文
[1]动载冲击地压机理分析与防治实践[D]. 刘少虹.煤炭科学研究总院 2014
本文编号：3523988
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