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煤岩单体及原生组合体变形损伤特性对比试验研究

发布日期:2020-06-15  来源:矿业科学学报  作者:蔡永博  浏览次数:1221
      我国以煤炭为主体的能源消费结构长期未变。 煤田赋存地质条件复杂,在开采过程中易 发生瓦斯突出、冲击地压等矿井灾害,多数矿井灾 害不只是岩体和煤体的单体破坏,更多情况下是煤岩层状组合系统的破坏。 地层中煤岩层状组合系统是由不同厚度、不同 力学特性、不同渗透能力的多种组分结合而成的天 然层状复合结构。 在多组分岩性、尺寸和原生界面 的结构等因素的共同影响下,原生煤岩组合体系统 特性与单一煤体、单一岩体性质有很大区别,以原生 煤岩组合体为研究对象探究矿井灾害防治机制更加 贴近实际。 研究原生煤岩组合体损伤变形机制是由 地质煤岩单体研究到地质煤岩组合体系统研究的重 要过渡,对矿井灾害防治具有重要意义。 目前,国内外学者在煤岩单体及人工组合体力 学特性方面的研究成果丰富。 杨磊等[对单轴条 件下煤岩组合体的能量演化规律与破坏机制进行 了研究,表明煤岩组合体的单轴抗压强度与弹性模 量介于纯煤和岩石试件之间,且更接近于纯煤试 件。 陈光波等[11]开展了不同煤岩高度比的煤岩组 合体加载试验,表明组合体破坏峰前总能量与煤岩 高度比有关。 聂百胜等研究了煤岩组合体加载 过程中力学性质与电磁辐射特征之间的关系。 陈 岩等运用单轴循环加卸载方式对煤岩组合体变 形及裂纹演化规律进行了研究,探讨了轴向纹应 变与应力之间的关系。 张泽天等、刘杰等通 过对不同组合方式煤岩组合体加载,分析了岩石强 度及组合方式对组合试样力学特性和坏特征的 影响,发现煤组合体破坏主要发生在煤体中。 左建平等分别对岩样单体、煤样单体及不同人工 煤岩组合体进行单轴力学试验及声发射信号测试 分析,获得了不同人工煤岩组合体的变形及强度特 征,初步揭示了岩石、煤、人工煤岩组合体的声发射 行为及时空演化机制。 赵毅鑫等通过单轴加载 试验总结了煤岩组合体变形破坏前兆信息变化规 律。 Liu 等[18]通过单轴加载试验发现,煤岩组合体 中煤的强度与煤岩高度比和岩石强度有关。 学者们采用数值模拟方法对不同界面形式组合 体的力学特性做了一些研究。 郭东明等[19-20] 运用 扩展有限元计算方法针对不同倾角煤岩组合体单轴 条件下压缩变形情况进行了模拟,分析了单轴荷载 下不同倾角煤岩组合体的破坏特征。 Zhao 等针 对不同界面效应下的煤岩组合体的损伤演化机制进 行了模拟分析。 曹吉胜等[22] 运用 RFPA 软件对不 同分形维数及不同倾角煤岩组合体力学特征和破坏 机制进行数值试验研究,发现界面倾角及分形维数 对组合体的破坏强度、破裂形式、量及损伤有 明显的影响。 付斌等模拟究了不同围压条 件下煤岩组合体力学特性及声发射特征。 赵善坤 等运用 RFPA2D 对不同高度比和不同岩石强度、 厚度、均质性及接触面角度下煤岩组合体的冲击倾 向性进行数值模拟试验,得到了煤岩组合体冲击倾 向性高于纯煤层或岩层测定结果的结论。 目前,国内外学者取得的研究成果主要体现在 以煤、岩单体及人工煤岩组合体为研究对象的力学 特性、变形破坏特征等方面,对地层中煤和岩石天然 结合的原生组合体的力学特性、变形破坏特征及前 兆信息规律等方面的研究成果鲜有报道。 本文拟通 过单轴压试验手段,以原生组合体、人合体为研究对象,对比分析试样损伤 变形特征,探究原生煤岩组合体力学特性及声发射 行为规律,为进一步揭示煤岩动力灾害提供依据。
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