基于CT三维重构的煤岩组合体损伤破坏数值模拟研究

作者

杜锋王凯董香栾魏建平
单位

中国矿业大学（北京）共伴生能源精准开采北京市重点实验室中国矿业大学（北京）应急管理与安全工程学院河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地
摘要

煤矿逐渐进入深部开采，煤岩瓦斯复合动力灾害日益加剧，严重制约深部矿井的安全高效开采与矿区环境的协同发展。煤岩瓦斯复合动力灾害实质上就是工程地质强烈扰动下“煤体-岩体”组合体系统在一定的地应力和瓦斯压力共同作用下发生整体失稳破坏的结果。为深入研究含瓦斯煤岩组合体的损伤破坏特性，利用CT扫描技术对原煤及砂岩进行CT扫描实验，获得煤体和岩体的内部裂隙结构，建立煤岩组合体三维细观结构重构模型。利用FLAC^3D模拟含瓦斯煤岩组合体在常规三轴压缩以及卸围压条件下的损伤破坏规律，分析其损伤破坏特性及能量演化规律。研究结果表明:煤岩试件原始CT图像与对应的重构图像的分形维数误差平均为3.12%，准确率为96.88%。在本文数值模拟条件下，初始加载阶段煤岩组合体在接触面处出现小范围塑性破坏，但煤岩组合结构仍然处于弹性阶段。随着加载的进行，煤岩组合体接触面以外的煤体开始出现塑性破坏，之后接触面处的煤体开始大范围出现塑性破坏;随着加载的继续进行，煤体部分完全破坏，同时接触面处的岩体也发生一定的塑性破坏，此时煤岩组合体整体失稳破坏。随着围压的增大或者瓦斯压力的减小，含瓦斯煤岩组合体的峰值强度及到峰值强度时的总输入能量、弹性应变能和耗散能均呈现增大的趋势。
关键词

瓦斯煤岩组合体复合动力灾害损伤破坏工业CT 三轴压缩
基金项目(Foundation)

国家自然科学基金资助项目(51874314,52004291);中国博士后科学基金面上资助项目(2019M660861)
引用格式

杜锋，王凯，董香栾，等.基于CT三维重构的煤岩组合体损伤破坏数值模拟研究[J].煤炭学报,2021,46(S1):253-262.
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