冲击荷载作用下煤的动态力学性能及微观孔隙结构特征研究

发布时间：2017-06-06 12:07

  本文关键词：冲击荷载作用下煤的动态力学性能及微观孔隙结构特征研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤炭是支持国民经济高速发展的重要能源,随着煤矿浅部开采逐渐减少和枯竭,开采深度进一步加大,地质环境趋于复杂,煤体受力状况与浅部矿井有显著的差异。由于钻爆法在硬岩巷道掘进和瓦斯抽采过程中的应用,对煤岩造成了一定的扰动,极其容易出现煤岩动力灾害,造成人员伤亡和财产损失。本文以王河煤矿煤样为研究对象,采用电液伺服式试验机对煤样进行单轴压缩试验分析煤样静态力学性能、使用分离式霍普金森压杆(SHPB)模拟冲击荷载,研究煤的动态力学特性,并对受冲击的的煤样进行低温液氮吸附实验,研究在不同冲击荷载作用下煤样的微观孔隙结构特征。主要研究内容和成果如下:(1)采用岩心钻取机、切割机、磨平机对煤岩进行加工,保证加工好的煤样满足试验要求,测试煤样纵波波速,采用电液伺服式试验机对煤样进行静态单轴压缩试验,分析了煤样的应力-应变曲线、变形特点以及破坏形式。(2)确定单轴压缩冲击试验中煤样的长径比,对煤样进行不同程度的冲击,分析不同冲击荷载作用下煤样的应力-应变曲线,随着平均应变率的提高,变形模量、动态强度增长因子(DIF)的变化规律以及不同冲击荷载作用下煤样的破坏形式。(3)介绍低温液氮吸附实验原理与实验仪器,分析煤岩不同孔隙结构对低温液氮吸附解吸曲线的影响,对不同冲击荷载作用下的煤样进行低温液氮吸附实验,测试其比表面积,孔容以及孔径分布,分析不同冲击荷载作用下煤样孔隙结构变化规律。
【关键词】：煤 冲击荷载 力学特性 微观孔隙结构
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ531
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景和研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 冲击荷载作用下脆性材料力学特性研究13-15
• 1.2.2 不同种类煤样微观孔隙结构特征研究15
• 1.2.3 不同冲击荷载作用下煤样动态力学性能研究的发展趋势15-16
• 1.3 本文研究的主要内容16
• 1.4 技术路线16-19
• 2 煤岩的物理性质和基本力学性能19-31
• 2.1 腐植煤的煤岩成分与宏观类型19-20
• 2.1.1 煤岩成分19-20
• 2.1.2 宏观煤岩类型20
• 2.2 煤岩显微组分组20-21
• 2.3 煤岩裂隙分类21
• 2.4 煤岩的选择与煤样制备21-24
• 2.4.1 煤岩的选择21-22
• 2.4.2 煤样的制备22-24
• 2.5 煤样纵波波速的测试24-25
• 2.5.1 测试仪器及方法24-25
• 2.5.2 测试结果及分析25
• 2.6 煤样单轴压缩试验研究25-28
• 2.6.1 测试仪器及方法25-26
• 2.6.2 煤样的单轴压缩试验结果及分析26-28
• 2.7 本章小结28-31
• 3 分离式霍普金森压杆（SHPB）试验基本理论与技术研究31-43
• 3.1 理论研究31-37
• 3.1.1 细长杆（即一维）中波的传播31-33
• 3.1.2 细长杆的受力分析33-34
• 3.1.3 杆撞击固定端现象分析34
• 3.1.4 不同介质界面的透射与反射34-37
• 3.2 SHPB试验装置与基本原理37-41
• 3.2.1 SHPB试验装置系统37-38
• 3.2.2 SHPB试验基本原理38-41
• 3.3 本章小结41-43
• 4 煤的SHPB动态压缩力学性能试验与分析43-57
• 4.1 变截面SHPB试验装置43-47
• 4.1.1 试验装置系统43-44
• 4.1.2 压杆的安装与调平44-45
• 4.1.3 应变片的粘贴与联线45-47
• 4.1.4 试验前的准备工作47
• 4.2 煤样动态压缩试验方案47-48
• 4.2.1 煤样长径比的确定47
• 4.2.2 煤样单轴冲击压缩试验47-48
• 4.3 煤样单轴冲击压缩试验结果分析48-56
• 4.3.1 不同冲击荷载下煤样应变率-时间关系48-49
• 4.3.2 不同冲击荷载下煤样应力-应变关系49-51
• 4.3.3 不同冲击荷载下煤样平均应变率与变形模量的关系51-52
• 4.3.4 不同冲击荷载下煤样平均应变率与动态强度增长因子的关系52-54
• 4.3.5 不同冲击荷载下煤样的破坏形式54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 不同冲击荷载作用下煤岩微观孔隙结构特征57-71
• 5.1 低温液氮吸附实验原理与实验仪器57-62
• 5.1.1 BET吸附等温方程——多层吸附理论57-58
• 5.1.2 孔径分布测定原理58-59
• 5.1.3 实验仪器59-61
• 5.1.4 煤的不同孔隙结构对低温液氮吸附解吸曲线的影响61-62
• 5.2 低温液氮吸附实验结果分析62-69
• 5.2.1 比表面积与孔径分布关系63-65
• 5.2.2 孔容与孔径分布关系65-66
• 5.2.3 孔隙类型变化分析66-69
• 5.3 本章小结69-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 主要结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-79
• 作者简历79-81
• 学位论文数据集81

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