液氮注入低滲煤層致裂、增透是提高瓦斯抽采率的新技術(shù)。液氮是超低溫流體,與煤作用的溫度應(yīng)力引起煤結(jié)構(gòu)損傷和力學(xué)特性改變,進(jìn)而影響煤礦安全開采。為揭示液氮凍融循環(huán)作用對煤力學(xué)特性的影響,將取自于納林河礦的原煤,制成飽水煤樣,開展液氮凍融循環(huán)和力學(xué)特性試驗。通過波速測試、單軸壓縮試驗和循環(huán)荷載試驗測試液氮作用前后煤的波速、彈性模量、單軸抗壓強度、泊松比、壓密應(yīng)變、破壞應(yīng)變和疲勞壽命的變化,分析液氮冷凍和凍融循環(huán)次數(shù)對煤力學(xué)特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明,液氮冷凍和液氮凍融循環(huán)次數(shù)對煤力學(xué)特性有很大影響。液氮冷凍后,煤樣結(jié)構(gòu)損傷,力學(xué)性能劣化。液氮作用1次,煤樣波速、彈性模量、單軸抗壓強度、破壞應(yīng)變、疲勞壽命分別降低了32.9%、0.2%、29.9%、35.9%和22.7%,泊松比和壓密應(yīng)變分別增加了18.2%和2.1%。液氮作用3次煤樣波速、彈性模量、單軸抗壓強度、破壞應(yīng)變、疲勞壽命分別降低了44.9%、20.8%、57.8%、44.7%和42.3%,泊松比和壓密應(yīng)變分別增加了59.1%和16.7%。隨著液氮凍融循環(huán)次數(shù)的增加,煤樣結(jié)構(gòu)損傷和力學(xué)性能劣化加劇。單軸抗壓強度、疲勞壽命與液氮凍融循環(huán)次... 

【文章來源】：煤炭科學(xué)技術(shù). 2020,48(10)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

PA-100電液伺服疲勞試驗機

液氮凍融循環(huán)作用次數(shù)與液氮凍融作用下波速系數(shù)的關(guān)系如圖3所示。隨著液氮凍融循環(huán)作用次數(shù)的增加，煤樣波速降低速率趨緩，這與文獻(xiàn)[12]的結(jié)論一致，其主要原因是:液氮作用下飽水煤樣內(nèi)液態(tài)水相變?yōu)楣虘B(tài)冰，體積膨脹，凍脹壓力使得煤內(nèi)孔隙和裂隙結(jié)構(gòu)損傷，孔隙裂隙空間增大，煤樣體積膨脹，波速下降。當(dāng)液氮再次作用時，由于煤的體積已經(jīng)膨脹，空隙空間較大，水相變凍脹壓力減小，煤樣結(jié)構(gòu)損傷趨緩，波速降低速率也隨之趨緩。圖3 液氮凍融循環(huán)作用次數(shù)對波速系數(shù)的影響

液氮凍融循環(huán)作用次數(shù)對波速系數(shù)的影響

【參考文獻(xiàn)】：
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