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煤岩组合体分级加卸载特性的试验研究 被引量:81
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作者 左建平 谢和平 +1 位作者 孟冰冰 刘建锋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1287-1296,共10页
通过MTS 815试验机研究了煤岩组合体分级加卸载试验。分级加卸载下煤岩组合体破坏以脆性破坏机制为主,与单轴作用相比,分级加卸载作用下煤岩组合体的破坏更为破碎,且破坏强度有所提高,但轴向和环向应变却有所降低。同一循环中的加载与... 通过MTS 815试验机研究了煤岩组合体分级加卸载试验。分级加卸载下煤岩组合体破坏以脆性破坏机制为主,与单轴作用相比,分级加卸载作用下煤岩组合体的破坏更为破碎,且破坏强度有所提高,但轴向和环向应变却有所降低。同一循环中的加载与卸载曲线基本不重合,且多数情况不形成闭合环路;卸载曲线与下一个循环的加载曲线通常也不重合,但会形成闭合环路。第1循环结束时残余变形较大,加卸载曲线形成了类似"牛角"状的曲线;随着循环加卸载地进行,与残余变形相比第1循环有所降低,加载和卸载曲线在逐渐靠近,并且加卸载曲线类似"竹叶"状。获得了残余变形和加卸载弹性模量随循环加卸载的变化关系,并且实验表明卸载到1 MPa附近时,卸载线是曲折波动的;但在再次加载初期,加载线几乎是直线,且随着荷载的继续增加,加载线和上一个循环的卸载线逐渐分离。循环加卸载后应变相位逐渐滞后于应力相位,内因可能是因为岩石矿物颗粒间的黏滞性以及煤岩组合体界面之间的摩擦引起的,而外因可能是循环加卸载导致了煤岩体内部损伤,并由此诱发不可恢复的残余变形。 展开更多
关键词 煤岩组合体 分级加卸载 残余变形 耗散能 加卸载弹性模量
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组合方式对煤岩组合体力学特性和破坏特征影响的试验研究 被引量:65
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作者 张泽天 刘建锋 +2 位作者 王璐 杨昊天 左建平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1677-1681,共5页
为探讨组合方式对煤岩组合体力学特性和破坏特征的影响,利用MTS815岩石力学试验系统,分别对岩-煤-岩(YMY)、岩-煤(YM)及煤-岩(MY)3种组合方式试件进行了单轴压缩和三轴压缩试验研究。试验结果表明,组合体试件破坏主要集中在其煤体部分,... 为探讨组合方式对煤岩组合体力学特性和破坏特征的影响,利用MTS815岩石力学试验系统,分别对岩-煤-岩(YMY)、岩-煤(YM)及煤-岩(MY)3种组合方式试件进行了单轴压缩和三轴压缩试验研究。试验结果表明,组合体试件破坏主要集中在其煤体部分,而与组合和加载接触方式无关;煤体部分损伤发展和破坏程度的加剧,在一定程度上会诱导岩体出现损伤和发生破坏。单轴加载条件下,3种组合方式均表现为以煤体部分拉张破坏为主的破坏特征,YMY组合的平均抗压强度为40.03 MPa,分别是YM和MY组合方式对应平均值的1.80和1.53倍;三轴加载条件下,均表现为以煤体部分剪切破坏为主的破坏特征;随围压压力增加,各组合方式三轴抗压强度平均值逐渐趋近。 展开更多
关键词 组合方式 煤岩组合体 力学特性 破坏特征
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不同强度比组合煤岩的力学响应与能量分区演化规律 被引量:28
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作者 杨磊 高富强 王晓卿 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期3297-3305,共9页
通过实验室单轴压缩试验与数值模拟计算,研究不同强度比组合煤岩的力学响应特征与能量分区演化规律。结果表明:煤岩组合体的强度与变形参数主要受薄弱载体控制,当岩石强度低于煤的强度时,组合体强度与岩石强度相近,岩石是破坏的主体;两... 通过实验室单轴压缩试验与数值模拟计算,研究不同强度比组合煤岩的力学响应特征与能量分区演化规律。结果表明:煤岩组合体的强度与变形参数主要受薄弱载体控制,当岩石强度低于煤的强度时,组合体强度与岩石强度相近,岩石是破坏的主体;两者强度相近时,组合体强度较煤、岩略有升高,此时煤岩均发生较充分的破坏;随着岩石强度与刚度的增大,组合体的强度与刚度也增大,岩石强度达到煤的2倍后,组合体的单轴抗压强度较煤增长达到15%并趋于平缓,弹性模量增幅超过70%后趋于平缓,此时煤是破坏的主体,且破坏形态较为一致。煤岩组合体受载阶段可分为应变能快速积累、应变能增速放缓和应变能快速释放3个阶段,耗散能与摩擦能在第2阶段开始缓慢增长,进入第3阶段后,耗散能、摩擦能与动能开始急剧增长。煤与岩石的应变能演化与组合体的相似,煤是组合体积聚应变能的重要载体。随着岩石强度的增大,煤岩组合体的应变能密度呈快速增大后缓慢减小的趋势,在煤岩强度比1∶2时,煤岩组合体的应变能密度最高;组合体中煤的应变能密度先快速增大后趋于平缓,当组合体中岩石强度高于煤时,能够增大煤储能应变能的能力,但增幅在30%以内;组合体中岩石的应变能密度呈先增大后减小的趋势,在煤岩强度比1∶1时达到峰值。 展开更多
关键词 岩石力学 不同强度比 煤岩组合体 力学响应 能量 分区演化
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组合方式对煤岩组合体力学特性和冲击倾向性影响实验研究 被引量:23
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作者 秦忠诚 陈光波 秦琼杰 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2017年第5期655-661,共7页
为探讨组合方式对煤岩组合体力学特性和冲击倾向性的影响,基于煤岩单体试件单轴压缩实验,对自主构建的二元、三元组合体开展单轴压缩实验研究,探讨不同组合体力学特性和冲击倾向性规律。结果表明:组合体呈"碎状"、"锥形&... 为探讨组合方式对煤岩组合体力学特性和冲击倾向性的影响,基于煤岩单体试件单轴压缩实验,对自主构建的二元、三元组合体开展单轴压缩实验研究,探讨不同组合体力学特性和冲击倾向性规律。结果表明:组合体呈"碎状"、"锥形"、"Y形"破坏;应力应变曲线对比明显,有煤参与的组合体,压密阶段明显,无煤参与的组合体,弹、塑性阶段显著;组合体强度受中间试件和上下试件接触面积的影响:中间试件相同时,上下试件接触面积越大,组合体强度越小;组合体中弹性模量小的软弱岩层是能量积聚的主要载体;组合体组分之间硬度差别越大,冲击能量指数越大,冲击倾向性越强。 展开更多
关键词 冲击地压 组合方式 煤岩组合体 冲击能量指数
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煤-岩组合体冲击倾向性三维数值试验分析 被引量:21
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作者 李晓璐 康立军 +1 位作者 李宏艳 欧阳振华 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期2064-2067,共4页
运用FLAC3D对河南某矿的煤-岩组合体冲击倾向性进行三维数值试验研究,分别通过改变煤-岩体高度比例(1∶1、1∶2、2∶1)和夹角(0、30°、45°)来进行模拟,分析煤-岩体不同的组合模式对冲击倾向性的影响。三维数值试验结果表明:... 运用FLAC3D对河南某矿的煤-岩组合体冲击倾向性进行三维数值试验研究,分别通过改变煤-岩体高度比例(1∶1、1∶2、2∶1)和夹角(0、30°、45°)来进行模拟,分析煤-岩体不同的组合模式对冲击倾向性的影响。三维数值试验结果表明:岩石高度所占比例越大,煤-岩体的冲击能量指数越大,弹性能量指数越大,冲击倾向性也就增强;煤岩夹角越大,煤-岩体的冲击能量指数越小,弹性能量指数也越小,冲击倾向性也就减弱。 展开更多
关键词 煤-岩体 冲击倾向性 三维数值模拟 FLAC3D
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组合煤岩破坏过程能量耗散特征及冲击危险评价 被引量:20
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作者 肖晓春 樊玉峰 +3 位作者 吴迪 丁鑫 王磊 赵宝友 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期4203-4212,4219,共11页
为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律,通过组合煤岩单轴压缩试验,从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论,研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系,以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响,提... 为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律,通过组合煤岩单轴压缩试验,从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论,研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系,以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响,提出一种利用煤岩结构力学特性判定冲击危险的方法。结果表明:随组合煤岩顶板岩石高度增加,试样整体强度和弹性模量增加,峰后应变软化过程缩短;岩石高度的增加,岩石与煤的弹性模量差值的减小均会导致冲击危险增加;通过对组合煤岩中岩石和煤的高度及其力学性质分析,提出了组合煤岩冲击倾向性判定指数,利用冲击倾向性判定指数对组合煤岩冲击危险进行评价,其准确度和实用性优于传统模糊判定的"四指标"方法,为深入开展煤岩组合结构冲击倾向评价提供了试验和理论支持。 展开更多
关键词 组合煤岩 能量耗散 力学性质 分形维数 声发射 冲击危险
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真三轴加卸载条件下组合煤岩冲击破坏特征研究 被引量:19
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作者 张晨阳 潘俊锋 +1 位作者 夏永学 杨光宇 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1522-1533,共12页
采用真三轴试验系统对煤岩组合体开展加卸载实验,探究不同煤厚比例组合体的力学行为响应特征,分析煤厚比例对组合体冲击破坏特征的影响规律。结果表明:(1)随着煤厚比例的增加,试样形成较多的X型共轭剪切裂纹,强度呈现出明显的下降趋势,... 采用真三轴试验系统对煤岩组合体开展加卸载实验,探究不同煤厚比例组合体的力学行为响应特征,分析煤厚比例对组合体冲击破坏特征的影响规律。结果表明:(1)随着煤厚比例的增加,试样形成较多的X型共轭剪切裂纹,强度呈现出明显的下降趋势,下降梯度逐渐减小,冲击破坏特征逐渐明显;(2)试样变形主要发生在初始应力加载阶段及垂向应力再加载阶段,最大主应变是试样变形的最主要构成部分;(3)不同煤厚比例试样的全应力–应变曲线特征相似,随着煤厚比例的增加,试样的塑性变形逐渐增加。根据实验结果分析,在开采及地质条件相似情况下,底板冲击趋势随底煤厚度的增加而增加,增加梯度逐渐降低;当底煤厚度增加到一定程度时,底煤厚度的再增加对底板冲击无明显叠加影响。研究成果可为深入认识底板冲击地压发生机制及建设防控技术中试平台并开展工程仿真研究提供参考。 展开更多
关键词 采矿工程 底板冲击地压 煤岩组合体 真三轴 加卸载
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基于层叠模型组合煤岩体动态力学本构模型 被引量:19
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作者 解北京 严正 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期463-472,共10页
为研究冲击载荷下组合煤岩的动态力学特征,利用75 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对不同组合比煤岩样(砂岩:煤:砂岩分别是1:1:1,2:1:1,1:1:2,1:2:2)进行不同速率(4. 590~8. 791 m/s)的冲击加载实验,获得了组合煤岩的动态应力... 为研究冲击载荷下组合煤岩的动态力学特征,利用75 mm的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对不同组合比煤岩样(砂岩:煤:砂岩分别是1:1:1,2:1:1,1:1:2,1:2:2)进行不同速率(4. 590~8. 791 m/s)的冲击加载实验,获得了组合煤岩的动态应力-应变曲线,结合煤、岩本构的研究成果和层叠模型原理,并充分考虑了组合煤岩体在动态破坏过程中的应变率相关性和损伤特性,构建了7参数组合煤岩层叠本构模型。研究结果表明:①不同组合比煤岩的弹性阶段和塑性阶段持续时间不同,不同组合比煤岩的应力应变曲线前期均呈现出明显的非线性;②组合煤岩动态冲击屈服强度随应变率的增大而增大,随煤的占比增大而减小;③构建的7参数组合煤岩层叠本构模型数值拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性,拟合参数分析发现在中应变率(110. 41~195. 49 s-1)冲击载荷作用下,组合煤岩体损伤软化效应超过应变率强化效应成为主导因素;④拟合参数范围和试样冲击破坏特征均表明,组合体试件主要破坏部位以煤体破坏为主,不受组合方式的影响。研究成果为进一步深入认识冲击地压等煤岩动力灾害发生机理和预测预防措施提供参考借鉴。由于组合煤岩冲击破坏SHPB实验条件有限,并未考虑围岩影响,围压下的组合煤岩动态破坏特性有待利用实验和数值模拟手段进一步研究。 展开更多
关键词 组合煤岩体 霍普金森压杆 动态力学性能 本构模型
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煤层硬度与厚度对冲击矿压影响的数值模拟 被引量:18
9
作者 张小涛 窦林名 《采矿与安全工程学报》 EI 北大核心 2006年第3期277-280,共4页
在坚硬顶板和底板的“两硬”条件下,对不同煤层厚度和硬度对煤岩体中的垂直应力分布的影响,也即反映了对煤岩体中发生冲击矿压危险性的影响进行了模拟.通过组合煤岩试样的试验结果验证了数值模拟的正确性,根据煤岩体相互作用的理论分析... 在坚硬顶板和底板的“两硬”条件下,对不同煤层厚度和硬度对煤岩体中的垂直应力分布的影响,也即反映了对煤岩体中发生冲击矿压危险性的影响进行了模拟.通过组合煤岩试样的试验结果验证了数值模拟的正确性,根据煤岩体相互作用的理论分析了其原因.在“两硬”条件下,煤层厚度与硬度的变化对煤体中的应力分布有着很大的影响,从而对煤岩体系统中冲击矿压的发生有着很大的影响.随着煤层厚度的减小,在煤岩体中产生的应力集中将增大;随着煤层硬度的增加,煤岩体中的最大垂直应力也将增大,从而也增加了冲击危险性. 展开更多
关键词 坚硬顶底板 数值模拟 冲击矿压 组合煤岩 冲击危险性
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“三硬”煤岩组合体冲击倾向性数值分析 被引量:18
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作者 刘刚 李连崇 +4 位作者 肖福坤 迟学海 申志亮 张峰瑞 孟鑫 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2016年第8期198-200,204,共4页
采用RFPA2D对坚硬顶板、坚硬煤层、坚硬底板三体模型进行冲击倾向性数值试验研究。结果表明:坚硬顶板组合体峰值后突然失稳,易发生冲击地压;坚硬煤层组合体峰值前储存大量弹性能且瞬时释放,极易发生冲击地压;坚硬底板组合体峰后曲线呈... 采用RFPA2D对坚硬顶板、坚硬煤层、坚硬底板三体模型进行冲击倾向性数值试验研究。结果表明:坚硬顶板组合体峰值后突然失稳,易发生冲击地压;坚硬煤层组合体峰值前储存大量弹性能且瞬时释放,极易发生冲击地压;坚硬底板组合体峰后曲线呈现阶梯性缓慢下掉,不易发生冲击地压。组合体声发射能量释放分成3个阶段。坚硬顶板组合体和坚硬煤层组合体能量瞬时集中释放,坚硬底板组合体能量缓慢释放。虽然坚硬底板组合体释放总能量大于坚硬顶板组合体,但能量释放机制不同。 展开更多
关键词 冲击地压 煤岩组合体 冲击能量指数 声发射能量 数值试验
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煤岩组合体力学特性模拟研究 被引量:18
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作者 郭伟耀 周恒 +2 位作者 徐宁辉 陈文国 魏平 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2016年第2期33-35,39,共4页
为研究岩煤强度比与煤岩高度比对煤岩组合体力学特性的影响,利用颗粒流软件PFC2D对不同煤岩强度比和岩煤高度比的煤岩体进行模拟研究。结果表明:组合体破裂形态为煤体"V型"剪切破裂、煤体单一裂纹剪切破裂、煤体"X型&qu... 为研究岩煤强度比与煤岩高度比对煤岩组合体力学特性的影响,利用颗粒流软件PFC2D对不同煤岩强度比和岩煤高度比的煤岩体进行模拟研究。结果表明:组合体破裂形态为煤体"V型"剪切破裂、煤体单一裂纹剪切破裂、煤体"X型"剪切破裂、煤岩共剪破裂4类;随着煤岩高度比的减小,冲击能量指数先增大后减小,但随着岩煤强度比的增加,冲击能量指数逐渐减小;随着煤岩高度比的减小,组合体的极限抗压强度及弹性模量均增大;随着岩煤强度比的增加,组合体的弹性模量在增大,但极限抗压强度会趋于一个稳定值。 展开更多
关键词 煤岩组合体 高度比 强度比 破裂形态 冲击能量指数 力学特性
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基于CT三维重构的煤岩组合体损伤破坏数值模拟研究 被引量:14
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作者 杜锋 王凯 +1 位作者 董香栾 魏建平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期253-262,共10页
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... 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FLAC3D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。 展开更多
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
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大尺寸煤岩组合体水力裂缝越界形成缝网机理及试验研究 被引量:14
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作者 武鹏飞 梁卫国 +3 位作者 廉浩杰 姜玉龙 耿毅德 曹孟涛 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1381-1389,共9页
为了实现煤层气资源高效开采,针对我国煤层气储层"高储、低渗、成缝困难"的赋存特征,通过对裂纹尖端能量释放率、裂纹尖端应力场屈服区域数值分析以及煤岩组合体越界压裂试验,对煤岩组合体水压致裂过程中缝网形成机理及裂纹... 为了实现煤层气资源高效开采,针对我国煤层气储层"高储、低渗、成缝困难"的赋存特征,通过对裂纹尖端能量释放率、裂纹尖端应力场屈服区域数值分析以及煤岩组合体越界压裂试验,对煤岩组合体水压致裂过程中缝网形成机理及裂纹扩展特征进行研究。结果表明:同等应力条件下,煤体裂纹尖端塑性屈服区域明显大于砂质泥岩;裂纹在砂质泥岩中起裂瞬间释放的应变能可在煤体中产生约10.69~25.53倍当量裂纹面积或长度,有利于裂缝的延伸及多裂缝结构形成;通过数值分析可知,在达到近似临界煤岩拉破坏值时,砂质泥岩裂缝尖端在XX方位的最大集中应力值(7.05×10~5)约为煤体(1.98×10~5)的3.56倍;裂纹从坚硬砂质泥岩到软煤扩展试验过程中,形成了明显的复杂缝网结构;水力裂缝从覆岩到煤扩展过程中,在煤岩界面影响下出现贯穿、转向或偏转等现象,裂纹的转向或偏转导致裂纹形态复杂,有利于缝网结构的形成。 展开更多
关键词 煤岩组合体 水压致裂 裂纹形态 穿越界面
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倾角对煤岩组合体力学及冲击倾向性影响的颗粒流分析 被引量:14
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作者 赵宏林 赵越 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2018年第3期198-201,共4页
随着煤矿开采深度的增加,煤层与顶底板岩层的相互作用更加明显。基于颗粒离散元程序PFC建立了"顶板-煤层"结构的"岩-煤"数值模型,通过设定煤岩交界面的倾角分别为0°、15°、30°、45°、60°... 随着煤矿开采深度的增加,煤层与顶底板岩层的相互作用更加明显。基于颗粒离散元程序PFC建立了"顶板-煤层"结构的"岩-煤"数值模型,通过设定煤岩交界面的倾角分别为0°、15°、30°、45°、60°,研究了不同倾角对组合体破坏模式及冲击倾向性的影响。研究结果表明,组合体的宏观破坏裂纹基本上呈"V"型的剪切裂纹,破坏主要集中于煤体部分,且"V"型破坏面的两端与煤岩交界面的两端重合;随着倾角的增大,活跃的颗粒数量越多,尤其当组合体倾角大于45°时,煤岩交界面处的颗粒位移量和活跃程度最大;随着倾角的增大,组合体的冲击能量指数逐渐减小,尤其当倾角大于45°时,冲击能量指数大幅度减小。 展开更多
关键词 煤岩组合体 倾角 破坏形态 冲击倾向性 颗粒流
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Effects of water intrusion and loading rate on mechanical properties of and crack propagation in coal–rock combinations 被引量:9
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作者 陈田 姚强岭 +4 位作者 卫斐 种照辉 周健 王常彬 李静 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第2期423-431,共9页
Tackling the problems of underground water storage in collieries in arid regions requires knowledge of the effect of water intrusion and loading rate on the mechanical properties of and crack development in coal–rock... Tackling the problems of underground water storage in collieries in arid regions requires knowledge of the effect of water intrusion and loading rate on the mechanical properties of and crack development in coal–rock combinations. Fifty-four coal–rock combinations were prepared and split equally into groups containing different moisture contents(dry, natural moisture and saturated) to conduct acoustic emission testing under uniaxial compression with loading rates ranging from 0.1 mm/min to 0.6 mm/min. The results show that the peak stress and strength-softening modulus, elastic modulus, strain-softening modulus, and post-peak modulus partly decrease with increasing moisture content and loading rate. In contrast, peak strain increases with increasing moisture content and fluctuates with rising loading rate. More significantly, the relationship between stiffness and stress, combined with accumulated counts of acoustic emission, can be used to precisely predict all phases of crack propagation. This is helpful in studying the impact of moisture content and loading rate on crack propagation and accurately calculating mechanical properties. We also determined that the stress thresholds of crack closure, crack initiation, and crack damage do not vary with changes of moisture content and loading rate, constituting 15.22%, 32.20%, and 80.98% of peak stress, respectively. These outcomes assist in developing approaches to water storage in coal mines, determining the necessary width of waterproof coal–rock pillars, and methods of supporting water-enriched roadways, while also advances understanding the mechanical properties of coal–rock combinations and laws of crack propagation. 展开更多
关键词 water intrusion loading rate mechanical properties coal-rock combination crack propagation stress threshold
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煤岩组合体应力传递与强度特征倾角效应 被引量:5
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作者 伍永平 闫壮壮 +3 位作者 罗生虎 汤业鹏 王同 曹建利 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期105-116,共12页
大倾角煤层安全高效开采的关键在于对围岩稳定性的有效控制,揭示煤岩组合体采动力学行为倾角效应是大倾角煤层多尺度围岩协同控制的基础。针对煤岩组合体在不同倾角时的层间应力传递、主应力偏转及非均衡变形破坏等力学特征,采用岩石力... 大倾角煤层安全高效开采的关键在于对围岩稳定性的有效控制,揭示煤岩组合体采动力学行为倾角效应是大倾角煤层多尺度围岩协同控制的基础。针对煤岩组合体在不同倾角时的层间应力传递、主应力偏转及非均衡变形破坏等力学特征,采用岩石力学试验、数值模拟与理论分析综合互馈的研究手段,分析了煤岩组合体内部主应力展布形态以及变形破坏规律的倾角效应。结果表明:倾角在0°~60°变化时,交界面处的煤岩组合体主应力大小和方向的演化特征分为2类;当层面倾角小于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而减小,第3主应力呈“煤减+岩增”的单调演变趋势,主应力方向呈“煤顺+岩逆”的偏转状态;当层面倾角大于临界倾角α0时,煤岩组合体第1主应力随倾角增大而增大,第3主应力变化幅度增大,主应力方向呈“煤逆+岩顺”的偏转状态;煤岩组合体受倾角影响时的2种状态的力学特征不同使得煤岩组合体由“交界面上侧岩体+非交界面部分煤体”转变为“交界面下侧煤体+非交界面部分煤体”的组合破坏模式,即对应于组合体的剪切变形破坏规律向界面处的滑移破坏规律的转变,因而煤岩组合体的强度随倾角增大而降低。研究结果揭示了煤岩组合体应力非均衡传递规律及其破坏机理的倾角效应,对大倾角煤层安全高效开采具有一定的理论参考意义。 展开更多
关键词 倾角效应 非均衡应力传递 煤岩组合体 力学特性 相似材料
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不同组合条件下煤岩组合体的力学特性 被引量:8
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作者 兰永伟 张国华 +3 位作者 刘洪磊 盖迪 陈刚 李兴伟 《黑龙江科技大学学报》 CAS 2018年第2期136-141,共6页
为探讨组合条件对煤岩组合体力学特性的影响,利用TAW-2000KN微机控制电液伺服岩石实验系统,分别对细砂岩-煤-粗砂岩、细砂岩-粗砂岩-煤、细砂岩-粗砂岩组合体进行单轴压缩实验。实验结果表明,随着粗砂岩所占比例的增大,细砂岩-煤-粗砂... 为探讨组合条件对煤岩组合体力学特性的影响,利用TAW-2000KN微机控制电液伺服岩石实验系统,分别对细砂岩-煤-粗砂岩、细砂岩-粗砂岩-煤、细砂岩-粗砂岩组合体进行单轴压缩实验。实验结果表明,随着粗砂岩所占比例的增大,细砂岩-煤-粗砂岩组合体的单轴抗压强度、弹性模量增大。粗砂岩、细砂岩两组合单元高度占比均为40%时,细砂岩-粗砂岩-煤组合体的单轴抗压强度、弹性模量最大。随着细砂岩所占比例的增大,细砂岩-粗砂岩的组合体单轴抗压强度、弹性模量呈波动性变化,冲击能量指数总体呈增大趋势。细砂岩所占比例对组合体冲击能量指数影响较大。煤体在组合体中所处的位置对组合体强度、弹性模量、冲击能量指数均有较大的影响。该结果为煤矿井下开采过程中的煤岩组合力学行为研究提供了参考。 展开更多
关键词 煤岩体 力学特性 组合方式
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岩煤接触面力学性质对组合煤岩力学行为影响机制 被引量:3
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作者 樊玉峰 肖晓春 +3 位作者 丁鑫 徐军 王爱文 雷云 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1487-1501,共15页
为明确组合煤岩力学行为及其冲击倾向性与岩煤间接触面力学性质关系,开展了组合煤岩单轴压缩试验,分析了岩煤间4种不同力学性质的接触面对组合煤岩强度、弹性模量、应变软化现象、声发射特征信号、能量累积耗散特征和冲击倾向性的影响规... 为明确组合煤岩力学行为及其冲击倾向性与岩煤间接触面力学性质关系,开展了组合煤岩单轴压缩试验,分析了岩煤间4种不同力学性质的接触面对组合煤岩强度、弹性模量、应变软化现象、声发射特征信号、能量累积耗散特征和冲击倾向性的影响规律,研究了接触面黏结属性和破坏情况所引起的端面效应对煤岩局部变形特征及强度的影响机制。研究结果表明:接触面力学性质对组合煤岩的力学性质有一定影响,完整的接触面增强了组合煤岩的强度和弹性模量,提高了弹性能累积能力,抑制了峰前阶段的煤岩破裂,削弱了峰后的应变软化阶段;接触面的破坏降低了端面效应的影响作用,提高了组合煤岩的破坏程度,延长了峰后的应变软化过程;无黏结型组合煤岩试样的各项力学指标均低于其余3种接触面;建立了组合煤岩本构关系并提出了考虑接触面破坏的组合煤岩强度估算方法和接触面断裂的判定方法;理论计算结果与实验结果较为一致;随着岩煤间接触面力学性质的提高,组合煤岩弹性能占比提高,塑性能占比降低;厘清了岩煤间接触面力学性质对组合煤岩冲击倾向性的影响规律,认为接触面和煤岩相对力学性质是引起组合煤岩冲击倾向性各项指标冲突的重要影响因素。 展开更多
关键词 力学行为 组合煤岩 岩煤接触面 冲击倾向性 端面效应
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深地层煤岩组合体水力压裂裂缝扩展模拟研究 被引量:7
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作者 于永军 朱万成 +4 位作者 李连崇 魏晨慧 张秀凤 秦超 宋旭 《隧道与地下工程灾害防治》 2019年第3期96-108,共13页
为进一步分析组合岩体中水力裂缝扩展路径复杂特性,从煤矿坚硬顶底板致裂管理、煤层瓦斯增透以及煤与页岩非常规复合储层压裂角度,建立煤岩组合体模型,分析不同工况下水力裂缝扩展特征并对比破裂压力变化规律。研究发现,本煤层压裂时裂... 为进一步分析组合岩体中水力裂缝扩展路径复杂特性,从煤矿坚硬顶底板致裂管理、煤层瓦斯增透以及煤与页岩非常规复合储层压裂角度,建立煤岩组合体模型,分析不同工况下水力裂缝扩展特征并对比破裂压力变化规律。研究发现,本煤层压裂时裂缝复杂度高、扩展路径曲折,益于煤层增透,而不利于坚硬围岩定向管控;在坚硬围岩中压裂时水力裂缝相对平直,利于坚硬顶板定向预裂,但裂缝切穿煤层深度不足,需布置顶底板配对井同步压裂以达到煤层充分增透。增加压裂井的数量时,压裂井及水力裂缝之间产生相互干扰。若兼顾坚硬围岩弱化以及煤层瓦斯增透,需制定合理布井方案,以达到最佳致裂效果,并节约生产成本。页岩储层中赋存天然裂缝的产状影响压裂液滤失及孔隙水压力分布,页岩水力裂缝扩展同时受天然裂缝分布、地应力影响。将不同工况下破裂压力计算结果与部分理论公式结果对比,各种公式所得破裂压力离散,数值计算结果在理论解答变化范围内,并且能更全面地考虑多种储层地质因素、压裂工艺因素对破裂压力的影响。研究结果对于煤矿坚硬围岩管理、煤层增透,以及页岩储层改造方面具备一定参考意义。 展开更多
关键词 水力压裂 煤岩组合体 岩石界面 裂缝扩展 损伤力学 数值计算
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不同强度煤岩组合体单轴加载破坏特征研究 被引量:3
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作者 李延河 翟成 +1 位作者 陈爱坤 张弘 《煤炭工程》 北大核心 2023年第6期108-112,共5页
强弱耦合防突技术是一种以水力冲孔弱化吸能与注浆加固强化抵抗协同控制防止煤与瓦斯突出的有效方法,为了研究不同强度组合强弱耦合结构的力学特性,对9种强度组合的煤岩组合体试样进行了MTS单轴力学加载实验,利用声发射监测系统进行了... 强弱耦合防突技术是一种以水力冲孔弱化吸能与注浆加固强化抵抗协同控制防止煤与瓦斯突出的有效方法,为了研究不同强度组合强弱耦合结构的力学特性,对9种强度组合的煤岩组合体试样进行了MTS单轴力学加载实验,利用声发射监测系统进行了加载过程监测。结果表明:岩体强度的增加能够有效提升煤岩组合体整体承载能力,提升强化区抵抗残余能量的能力;煤体强度增加能有效降低试样整体形变量,缩短压密阶段持续时间,降低煤体部分破碎程度。研究结果对强弱耦合防突技术优化设计方案具有重要意义。 展开更多
关键词 煤岩组合体 强弱耦合 煤与瓦斯突出 单轴压缩 声发射
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