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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
煤基固废胶结充填体冲击动力学特性试验研究
  • 45
  • 作者

    杨科 冯小伍 何祥 张继强

  • 单位

    安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽理工大学矿业工程学院

  • 摘要
    煤基固废胶结充填体的冲击动力学特性是开展井下充填防治冲击地压研究的基础。为探究动态荷载作用下煤基固废胶结充填体的力学响应特征、能量耗散规律与损伤破坏特征,选取煤矸石、粉煤灰、水泥等试验材料制备充填体试件,采用SHPB试验系统,开展了5组冲击气压下(0.32、0.34、0.36、0.38和0.40 MPa)的单轴冲击试验,探究充填体力学特征参数、能量演化及破坏特征随冲击气压的变化规律。研究结果表明:(1)煤基固废胶结充填体冲击作用下微裂隙压密阶段不明显,弹性变形阶段应力随应变的增大而线性增加,塑性屈服阶段应力增幅、破坏阶段应力降幅均随应变的增大均增大。随着冲击荷载的增加,充填体动态峰值应力线性增长,峰值应变线性减小、割线模量指数增长。(2)冲击荷载作用下煤基固废胶结充填体能量演化过程可划分为三个阶段,即弹性变形阶段、塑性阶段及破坏阶段。其中,前两个阶段主要以吸收能量,并将其转化为弹性变形能储存于充填体内为主,破坏阶段则是充填体内部能量以耗散能的形式释放出来。在入射能影响下反射能、吸收能、透射能及耗能表征规律显著,随着入射能增大均呈现逐渐增大的趋势。(3)在冲击荷载作用下,煤基固废胶结充填体表面首先发生破碎,开始产生大量细微裂纹,并沿着平行于冲击荷载的方向不断发育、扩展及贯通。随着冲击荷载的增加,充填体破坏程度增加,小粒径碎块渐次增多,且逐渐失去承载能力。研究结果为井下充填开采防治冲击地压提供研究基础,为煤矿生产安全性及稳定性提供理论依据。
  • 关键词

    冲击地压煤基固废胶结充填体能量演化破坏形式

  • 文章目录


    1顶板破断冲击充填体作用过程
    2 SHPB 冲击荷载试验设计
    2.1 试件制备
    2.2 SHPB 冲击试验
    3 SHPB 冲击试验结果分析
    3.1 应力平衡验证
    3.2 充填体试件动态应力、应变分析
    3.2.1 不同冲击气压下充填体的应力-应变曲线特征
    3.2.2 冲击气压对充填体力学特征参数的影响
    3.3 充填体能量演化规律
    3.3.1 充填体试件能量曲线
    3.3.2 反射、吸收和透射能与入射能关系
    3.3.3 耗能表征与入射能关系
    3.4 充填体破坏模式
    4 讨论
    5 结论
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