• 论文
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
震动载荷多次作用下烟煤孔裂隙结构演化特征试验研究
  • 40
  • 作者

    马衍坤黄勤豪孔祥国冯俊军殷志强王超

  • 单位

    安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽理工大学煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台西安科技大学安全科学与工程学院安徽工业大学建筑工程学院

  • 摘要
    煤层开采过程中频繁采掘扰动或远场顶板周期性破断会产生多次的震动载荷,震动载荷对于煤体微观孔裂隙结构和宏观力学行为具有重要影响。为探索震动载荷下煤体孔裂隙结构演化特征,选取烟煤煤样,利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了多次震动载荷冲击煤体试验,借助低场核磁共振分析仪测试了每次冲击后煤体T2谱,并通过核磁共振成像(MRI)分析了煤体孔裂隙分布及其损伤演化特征。结果表明,随着震动载荷作用次数增加,煤体峰值应力与动态弹性模量均呈现线性下降趋势,震动载荷冲击效应使得煤体承载和抵抗变形能力显著弱化,因此有必要对煤体孔裂隙演化特征展开深入分析。从T2谱和MRI信息得出,震动载荷初次作用下煤体总体孔隙体积大幅增加,其中吸附孔体积增高达5.0倍,随着震动载荷持续作用,煤体微裂隙开始连通汇聚形成宏观裂纹,使得渗流孔之间连通性大幅提高,煤体总体孔隙率达到峰值,较煤体原始孔隙率提高约6倍。在煤体受震动载荷损伤、破坏的整个过程中,渗流孔的连通性逐渐提高与改善,其分形维数呈线性下降趋势。通过核磁共振成像揭示了震动载荷对煤体孔裂隙作用机制,结果表明煤体中部区域孔隙最先发育并逐步形成微裂隙,在后续震动波反射、拉伸作用下,损伤破坏区域向两侧逐渐演变直至贯通试样。研究成果有助于阐明震动载荷多次冲击作用下煤岩体破坏机理,为揭示煤岩动力灾害机理提供理论支撑。
  • 关键词

    震动载荷核磁共振(NMR)能量耗散孔裂隙演化损伤演化机制

  • 文章目录
    1 煤样制备与试验方案
    1.1 煤样制备
    1.2 试验方案
    1.2.1 震动载荷冲击试验
    1.2.2 核磁信号测试
    2 试验结果与分析
    2.1 煤体宏观劣化损伤规律
    2.2 煤体孔裂隙结构演化特征
    2谱变化规律'>2.2.1 震动载荷作用下T2谱变化规律
    2.2.2 孔隙连通性变化规律
    2.3 煤体微观损伤演化的MRI表征
    3 讨论
    3.1 煤体损伤能量耗散规律
    3.2 孔裂隙结构演化规律
    3.3 煤体损伤演化机制
    4 结论
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