煤岩组合体峰后渐进破坏特征与非线性模型

利用煤岩组合体的单轴和三轴压缩试验结果,基于轴向裂纹应变,分析了其峰后渐进破坏特征。在此基础上,通过将峰后阶段的煤岩组合体概念化为裂纹体和基体两部分,建立了考虑自然应变的裂纹体在峰后裂纹贯通阶段的本构模型,然后考虑基体的弹性变形,最终得到煤岩组合体峰后阶段的非线性应力-应变关系。实例验证表明,该模型能较好地反映煤岩组合体峰后应变软化行为和残余强度。对模型的2个参数进行分析,结果表明:轴向裂纹扩展应变极值在单轴压缩时取得最大值,围压存在时远小于最大值;等效非弹性柔度与轴向裂纹扩展应变极值存在负相关关系,与能量跌落系数大致存在线性相关关系,表明等效非弹性柔度可间接评价煤岩组合体峰后破坏的脆性程度;等效非弹性柔度比轴向裂纹扩展应变极值对煤岩组合体峰后破坏行为的影响更明显。     

条带煤柱渐进破坏特征与机制试验研究

为研究条带煤柱渐进破坏规律与特征,研制了条带煤柱渐进破坏试验装置,并运用该装置进行了不同加载速率下大尺寸原煤试件渐进破坏试验,分析了条带煤柱渐进破坏机制及特征。试验结果表明:条带煤柱由边缘向内部渐进破坏,煤柱边缘中部偏上位置首先发生破坏,然后向边缘两侧发展;煤柱中上部侧向变形最大,最下部次之;煤柱试件尺寸较大,包含较为明显裂隙组,呈现出不均匀片帮式破坏;煤柱抗压强度随加载速率的减小呈现出先增大后减小趋势、侧向变形随加载速率的减小呈现逐渐增大的趋势。在加载速率由0.01 mm/s减小至0.000 5 mm/s过程中,抗压强度从8.346 MPa先增大到16.491 MPa,后逐步减小到8.135 MPa;侧向变形增大了33.40%。     

深部煤岩超低摩擦效应能量特征试验研究

高地应力和开采强扰动作用下,采场周围的岩体不断发生震动、变形和破坏,形成块系岩体。当深部煤岩积聚能量达到失稳临界值,块系岩体很容易在周围荷载作用下因动力扰动而能量突然释放,发生层间滑动,导致块系岩体发生超低摩擦滑动失稳,从而最终诱发新的冲击地压类型,即超低摩擦型冲击地压灾害,其本质是能量积聚和失稳释放过程。为揭示深部煤岩超低摩擦效应能量特征,以花岗岩和煤两种岩性的块系岩体为研究对象,采用试验研究方法,自主研发了超低摩擦效应试验装置,以轴压和围压模拟高地应力作用,以垂直振动和水平冲击模拟开采强扰动,进行了工作块体分别为完整岩块、破碎岩块和煤块的超低摩擦效应模拟试验。试验结果与已有研究结论进行对比,验证了试验方案的合理性和可行性。以工作块体水平位移的单位质量动能总量作为超低摩擦效应能量变化的特征参数,分析轴压、工作块体数量和岩性对工作块体水平位移单位质量动能时域和频域曲线影响,得到了开采深度、块体破碎程度和岩性与块体动能间关系规律。结果表明:发生超低摩擦效应时,工作块体动能具有集聚效应、短时峰值特性和间歇性。破碎程度和岩性是影响超低摩擦型冲击地压动能总量变化重要因素。试验再现了冲击地压由前...     

基于巴西劈裂实验的层状页岩断裂特征试验研究

为揭示层状页岩巴西圆盘试件破坏强度与裂纹特征关系的机理,对圆盘试件进行劈裂试验。利用高速照相机和声发射监测装置分析了试件的破断特征及声发射特征,探讨了试件的破断机理以及破断强度的影响因素。研究表明:1)圆盘试件的裂纹起裂点通常位于试件的中部或加载端处,当层理角度较小时,试件裂纹垂直于或斜交于层理面扩展,随层理角度逐渐增大,裂纹逐渐沿层理方向扩展;2)层理方向会影响试件应力场的分布,当层理角度为0°和90°时,试件中部会产生较大的水平拉应力,试件容易产生拉伸破坏,当层理角度为45°时,试件中部会产生较大的剪应力,试件容易产生剪切破坏;3)由于裂纹表面能密度的差异性,试件的破坏强度分别与总裂纹长度和相对层理裂纹长度成正相关和负相关关系;4)试件的声发射特征与其破断模式密切相关,当试件产生张拉破断时,声发射计数表现为单峰陡增特征,当试件产生剪切+张拉复合破断时,声发射计数表现为多段增长特征。     

预制大尺度单裂纹煤样破坏特征及电荷规律试验研究

为有效提取含有宏观构造煤体失稳破坏的前兆信息,采用试验方法开展了完整煤样和预制不同倾角大尺度单裂纹煤样单轴压缩过程破坏特征及电荷信号规律的研究。结果表明:随预制裂纹倾角(裂纹与轴线方向的夹角)减小,煤样的峰值应力逐渐降低,达到峰值应力时间逐渐缩短,煤样由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变,同时新生翼裂纹由垂直预制裂纹面的翼裂纹向平行预制裂纹面的翼裂纹转变;预制裂纹煤样由于宏观裂纹的存在,更容易发生破裂,在应力峰前就有显著电荷信号产生,因此预制裂纹煤样破裂前兆信息比完整煤样更容易被捕捉;随预制裂纹倾角由60°→45°→30°减小,煤样破裂首次高值电荷信号出现的时间逐渐提前,分别为68.5%σ_c和65.5%T,60.5%σ_c和47.0%T,37.5%σc和30.0%T(T为煤样全程破坏时间),应力峰后破坏阶段电荷信号幅值逐渐减小,电荷累积量曲线突变点增多且首次突变点有所提前;预制裂纹的存在通过改变煤样的变形破裂过程及形式从而实现对煤样破裂产生电荷规律的影响;可根据预制裂纹煤样破裂电荷信号相关特征,对现场进行宏观地质构造探测、以及对煤岩体节理或断层的产状进行合理的推断。有望为预测预报煤岩动力灾害提供新的方法和途径。     

深井冲击地压特征及煤岩结构动力失稳分析

本文在总结开滦赵各庄矿（-1100m）发生的两次冲击地压特征的基础上,从材料强度破坏、结构失稳、能量释放理论,分析了千米深井高应力、强流变回采巷道冲击地压的发生机理,同时指出煤岩体结构动力失稳破坏的临界状态,是围岩渐进变形过程中细观裂纹突变、分叉形成不同力学特性的多介质组合体的结果,并对其脆塑性结构进行初步稳定性分析。最后总结了赵各庄矿冲击地压防治对策及经验。