水是影響煤礦安全、高效生產(chǎn)最活躍的因素之一,它對煤炭開采具有雙重力學作用。一方面,煤層注水是厚煤層開采、防治沖擊地壓和煤與瓦斯突出、降低粉塵等的重要工業(yè)性措施;另一方面地下水滲透會造成頂板大面積垮落、礦井突水等災(zāi)害。此外,水也會導致構(gòu)造軟化易誘發(fā)礦震等動力災(zāi)害。因此,深入研究含水煤的力學特性及其變化規(guī)律對于防止礦井災(zāi)害事故的發(fā)生和指導優(yōu)化注水或水力壓裂參數(shù)都具有重要的理論和實際價值。目前很少涉及含水煤體的斷裂力學行為的研究。為此,本文以“含水煤樣+靜/動載荷”失穩(wěn)斷裂為工程背景與研究主題,綜合運用理論分析、室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬等手段,研究含水率為0、1.8%和3.6%煤體的單軸和常規(guī)三軸壓縮、巴西劈裂下的力學特征,復合斷裂靜力學特性、及水對煤樣動態(tài)斷裂韌度及裂紋擴展速度的影響,最后探討了煤飽水后的微細觀結(jié)構(gòu)對宏觀力學性能的影響機制,研究結(jié)果將為含水煤體失穩(wěn)斷裂機制、動力災(zāi)害防治等提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。主要結(jié)論如下:（1）基于RMT-150C試驗系統(tǒng),開展單軸壓縮和常規(guī)三軸壓縮試驗,研究含水率對煤樣拉伸和壓縮力學性能的影響。獲得了含水率與煤樣抗拉強度、單軸抗壓強度和彈性模量之間的關(guān)系表達... 

【文章來源】：遼寧工程技術(shù)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：145 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

礦山巖體不同尺度結(jié)構(gòu)面及動力擾動示意圖[6]

遼寧工程技術(shù)大學博士學位論文5高于閾值時,煤的力學性能對應(yīng)變率的有明顯的敏感性圖1.3歸一化的巖石壓縮強度與應(yīng)變率的關(guān)系[14]Figure1.3Relationbetweenthestrainrateandnormalizedcompressivestrength[14]1.2.2含水煤巖的動靜力學性質(zhì)研究現(xiàn)狀煤體的力學性質(zhì)不僅與應(yīng)力環(huán)境影響相關(guān),而且與其賦存環(huán)境有著密切的聯(lián)系地下水作為賦存環(huán)境因素之一,會對煤體產(chǎn)生軟化溶蝕和水楔作用[33],影響煤體的力學性質(zhì),威脅工程的穩(wěn)定性此外,煤炭開采過程中許多人為的水力措施[9-11](如煤層注水水力沖孔)的使用,也會影響煤體的變形和破壞因此,對水對煤體力學特征的影響機制,成為了國內(nèi)外學者研究的熱點下面從靜載和動載兩個方面介紹含水煤體力學性質(zhì)的研究現(xiàn)狀在靜載荷作用方面:來興平等[34]研究單軸壓縮情況下不同含水煤體的力學特性能量釋放規(guī)律破壞模式,并基于能量貢獻率與振鈴計數(shù)貢獻率共同準則拾取關(guān)鍵孕災(zāi)聲發(fā)射信,發(fā)現(xiàn)水能夠明顯弱化煤的峰值強度峰值應(yīng)變彈性模量和破壞模式Liu等[35]采用立方體煤試樣研究完整煤和壓裂煤的滲透率演化規(guī)律,分析煤的幾何形狀,吸水率和應(yīng)力條件對煤滲透率的影響,研究發(fā)現(xiàn)壓裂煤的滲透率各向異性比完整煤更明顯,煤中水的存在會降低滲透率達一個數(shù)量級Yao等[36]研究不同含水煤的強度特征,發(fā)現(xiàn)含水率與峰值應(yīng)變成正關(guān)系,與峰值強度成負相關(guān),并推導出了反應(yīng)含水率的本構(gòu)損傷模型蘇承東等[37]采用千秋煤礦2#煤層,進行自然和飽水7~28d,研究飽水時間對煤體的力學性質(zhì)與沖擊傾向性指標的影響,發(fā)現(xiàn)飽水后煤樣的沖擊傾向性出現(xiàn)大幅度下降,中等沖擊傾向性轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯖_擊傾向性,并對千秋煤礦煤層注水時間和距離給出了具體的數(shù)值潘俊鋒等[38]研究了不同浸水時間與煤體沖擊傾向性能的相互關(guān)系,發(fā)現(xiàn)浸水時間對煤樣沖擊傾向性的

干燥砂巖下應(yīng)變率敏感性的差異 袁璞和馬瑞秋[44]研究了四種含水煤礦砂巖的動態(tài)力學特征,發(fā)現(xiàn)裂紋動態(tài)擴展阻力與砂巖試件含水率密切相關(guān),含水率越大,其擴展能力越大,砂巖動態(tài)單軸抗壓強度隨試件含水率呈冪函數(shù)增長 王文等[45]基于改進后的 SHPB 試驗裝置,研究飽水 0~7 天煤樣的沖擊試驗,分析含水煤體在不同軸壓和動載荷下的能量耗散規(guī)律,以及破壞特征 此后,他又通過蒙納什大學的真三軸動靜組合霍普金森壓桿系統(tǒng)(如圖 1.4)對自然和飽水 7 d 的 52×52×52 mm立方體煤樣進行分組試驗[46],探討了中間主應(yīng)力變化及煤樣含水狀態(tài)對其動態(tài)強度的影響特征,發(fā)現(xiàn)表明煤樣的破壞過程在相同動載沖擊作用下表現(xiàn)出應(yīng)力約束依賴性

【參考文獻】：
期刊論文
[1]顯微工業(yè)CT的受載煤樣裂隙動態(tài)演化特征與分形規(guī)律研究[J]. 王登科,曾凡超,王建國,魏建平,蔣志剛,王小兵,張平,于充.  巖石力學與工程學報. 2020(06)
[2]含水承載煤巖損傷演化過程能量釋放規(guī)律及關(guān)鍵孕災(zāi)聲發(fā)射信號拾取[J]. 來興平,張帥,崔峰,王澤陽,許慧聰,方賢威.  巖石力學與工程學報. 2020(03)
[3]不同煤級煤液相侵入效應(yīng)低場核磁共振實驗研究[J]. 劉謙,黃建濱,倪冠華,郭玉森,仲濤.  煤炭學報. 2020(03)
[4]煤炭開采與巖層控制的空間尺度分析[J]. 康紅普.  采礦與巖層控制工程學報. 2020(02)
[5]循環(huán)加卸載損傷大理巖的動力學特性[J]. 蔚立元,朱子涵,孟慶彬,靖洪文,蘇海健,何明.  爆炸與沖擊. 2019(08)
[6]韓家洼煤礦煤層防治水評價與措施研究[J]. 房小夏.  煤礦現(xiàn)代化. 2019(05)
[7]沖擊載荷下三軸煤體動力學分析及損傷本構(gòu)方程[J]. 王恩元,孔祥國,何學秋,馮俊軍,鞠云強,李金鐸.  煤炭學報. 2019(07)
[8]真三軸動靜組合加載飽水煤樣動態(tài)強度特征研究[J]. 王文,張世威,LIU Kai,王伸,李東印,李化敏.  巖石力學與工程學報. 2019(10)
[9]忻州窯煙煤Ⅰ型和Ⅱ型斷裂特性的半圓彎曲試驗對比研究[J]. 趙毅鑫,孫荘,劉斌.  巖石力學與工程學報. 2019(08)
[10]韓家洼礦近距離煤層巷道支護技術(shù)研究[J]. 張雨.  能源技術(shù)與管理. 2019(03)

博士論文
[1]水巖作用下巖石損傷演化規(guī)律基礎(chǔ)試驗研究[D]. 孟祥喜.山東科技大學 2018
[2]液氮循環(huán)致裂煤體孔隙結(jié)構(gòu)演化特征及增透機制研究[D]. 秦雷.中國礦業(yè)大學 2018
[3]沖擊載荷作用下煤的動態(tài)拉伸及Ⅰ型斷裂力學特性研究[D]. 龔爽.中國礦業(yè)大學(北京) 2018
[4]巖石動靜組合加載實驗與力學特性研究[D]. 周子龍.中南大學 2007



本文編號：3610036