承压破碎煤体空隙率分形模型及试验研究

为了识别采空区应力加载对破碎煤岩空隙率的影响，基于采空区应力恢复及空隙率对煤自燃影响角度，分析了采空区空隙率对煤自燃发生中的漏风强度、氧气浓度分布、蓄热环境的影响。通过对恒昇采空区破碎煤体的压实实验，测试了其应力应变及空隙率变化特征。结合分形理论，建立了承压颗粒煤分形空隙率模型，明确了分形模型的初始参数，并对实验数据及理论计算数据进行比较。结果表明：(1)在应力作用下，破碎煤体发生压实变形，造成颗粒级配发生变化，进而造成分型维数增大与空隙率发生变化，说明随工作面推进及采空区应力逐渐恢复状态下，采空区破碎煤体空隙率呈现动态变化；(2)通过测试原始煤样与破碎后煤样粒径分布与级配变化，获得了承压破碎煤体的分形维数，发现承压破碎煤体分形维数增大则说明受载煤样更加破碎，在应力加载状态下其空隙率逐渐减小；(3)通过分形理论与承压破碎煤体的应力应变关系，建立了承压颗粒煤的分形空隙率理论模型，理论计算结果与实验结果误差在0.028～0.106,可满足工程需要；(4)分析了该模型的使用条件，在获得破碎煤岩应力应变函数及应力加载路径的前提下，该模型可对任意状态下的空隙率进行预测。